基于振动推进机理的柔性仿生机器鱼设计与实验研究

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1、硕士学位论文基于振动推进机理的柔性仿生机器鱼设计与实验研究DESIGNANDEXPERIMENTALSTUDYOFFLEXIBLEBIOMIMETICROBOTFISHBASEONTHEVIBRATIONPROPULSIONMECHANISM李永强哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TP242.2学校代码：10213国际图书分类号：681.5密级：公开工程硕士学位论文基于振动推进机理的柔性仿生机器鱼设计与实验研究硕士研究生：李永强导师：姜洪洲教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位

2、：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP242.2Schoolcode:10213U.D.C:681.5Securityclassification:publicDissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGNANDEXPERIMENTALSTUDYOFFLEXIBLEBIOMIMETICROBOTFISHBASEONTHEVIBRATIONPROPULSIONMECHANISMCandidate：LiYongqiangSupervisor：Prof.JiangHongzhouAc

3、ademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要鱼类经过亿万年的进化，已经拥有了完美的水下游动特性，其游动的快速性、灵活性与高效性是现今任何水下机器人和航行器所不能比拟

4、的，因此，仿生机器鱼吸引了更多科学研究工作者的目光。经过几十年的发展，仿生机器鱼已积累了不少成果，各种驱动形式的仿生机器鱼层出不穷，但应用前景仍不理想，而改进仿生机器鱼的首要因素是其驱动方式。基于机械振动与鱼尾摆动的相似性，本文将机械振动作为仿生机器鱼游动的动力来源，通过将激振机构的振动转换成鱼尾摆动，使仿生机器鱼实现摆动推进。这是对仿生机器鱼新的驱动方式的探索。本文从仿生学角度出发，提出了基于对称双偏心轮机构振动推进方式的柔性仿生机器鱼整体方案，对称双偏心轮机构作为振动激励源嵌入到柔性鱼尾中间，通过激振源的往复作用力，转化成柔性鱼尾的摆动；

5、本文所设计的对称双偏心轮机构采用单个伺服电机驱动，通过设计了一套控制电路来实现伺服电机的转速的控制，并通过手机蓝牙遥控的方式来进行调速。对柔性鱼尾的分析是柔性仿生机器鱼的研究重点。本文在将鱼尾等效成固定截面梁的情况下推导出固有频率的表达式，再根据变截面鱼尾的参数变化情况，定性分析了鱼尾固有频率与鱼尾截面的参数之间的关系；其次进行了柔性鱼尾固有频率的有限元仿真分析，激振源的存在会导致鱼尾存在空腔，有限元仿真可以分析出柔性鱼尾固有频率与激振源位置之间的关系；最后是通过Adams仿真分析，得出激振源使柔性鱼尾产生摆动的情况，并分析在不同激振源的输入

6、转速下，鱼尾响应的变化情况。本文最后进行了柔性仿生机器鱼的制作与实验验证。仿生机器鱼的制作主要解决了柔性体内嵌激振源和鱼体的配重与密封等制作难点。实验分析了三个不同的激振源位置和三种不同尾鳍材料情况下柔性仿生机器鱼的游动特性，验证了振动推进式柔性仿生机器鱼的可行性，并得出结论：在一定范围内，激振源越靠近鱼尾尾部，机器鱼的游动特性越好；选择合适的尾鳍刚度同样可以提高仿生机器鱼的游动特性。关键词：柔性仿生机器鱼；激振源；振动推进；对称双偏心轮机构-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractEvolutionoffishhasbeenonf

7、orbillionsofyearsandthisleadstoperfectswimmingfeatures,whicharehigh-speedingswimming,incredibleflexibilityandhighefficiency.Nounder-waterrobotsorvehiclescouldcomparewithlivingfishsofar,asaconsequence,increasingnumberofacademicandresearchershavebeenworkingonbionicrobotfish.A

8、fterdecadesofdevelopment,progresshasbeenachievedandtheroboticfishcanbedroveinsever