仿蜥蜴水上行走机器人特性分析与仿真

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1、万方数据万方数据摘要蛇怪蜥蜴是一种依靠自身质量、后肢运动、脚掌形状、行走速度等因素实现水面快速行走的两栖动物。国内外研究者对这种具有“水上漂”特异功能的动物产生浓厚的兴趣，仿蜥蜴机器人能够依靠脚掌拍击水面形成空气腔产生大于自身重量的支撑力和推进力，实现水面漂浮以及快速行走。仿蜥蜴机器人可在军事侦察、水质检测等方面得到广泛的应用。本文基于对蛇怪蜥蜴运动机理的研究，设计机器人单腿驱动机构以及整机结构模型，在运动学仿真分析、基于势流理论面元法对脚掌形状研究分析、计算流体力学仿真分析等方面进行研究，并取得一些创新性成果

2、。1.通过对蜥蜴原型后肢运动机理进行研究，建立机器人单腿驱动机构—曲柄摇杆机构，对其进行运动学数学建模及仿真分析，研究驱动机构的运动轨迹、速度曲线以及位移曲线，为后期研究及样机制作提供数据。该机器人使用两个电机带动四条驱动腿实现脚掌拍击、扑水及恢复运动，四条驱动腿相互配合动作，前左后右两条腿同步动作，前右后左两条腿同步动作，保证机器人受力平衡，可防止机器人在水面行走时发生侧翻。2.机器人脚掌的形状是影响其水面运动特性的因素之一，故利用流体力学中的势流理论—面元法建立脚掌的水力学模型，分析不同剖面形状的脚掌在拍水

3、时表面速度分布和压力系数分布，设计出能够产生较大的拍水升力的脚掌，从而增大机器人的负载能力。3.利用计算流体力学软件FLUENT中动网格技术仿真分析脚掌拍水、扑水和恢复运动过程，研究空气腔的形成过程与脚掌的尺寸、形状以及运动速度之间的关系，分析不同驱动机构在水环境下划水的特性，以及脚掌在运动中姿态的变化对空气腔的影响，最终确定机器人较优的驱动机构、最低运动速度以及脚掌形状和尺寸。关键词：蜥蜴，机器人，脚掌，空气腔，面元法，动网格I万方数据ABSTRACTThebasilisklizardisakindofamp

4、hibianrelyingonitsownquality,hindlimbmovement,soleshape,walkingspeedandotherfactorstorealizethewalkonwater.Domesticandforeignresearchersareveryinterestedinthisanimalhavingthespecificfunctionoffloatingonthewater.Thefauxlizardrobot’sfootcanformaircavityandthef

5、orcewhenthefootslaponthewater.Therobotcanfloatandquicklywalkrelyingontheforcegreaterthanitsownweight.Therobotcanbewidelyusedinmilitaryreconnaissance,detectionofwaterquality,etc.Basedontheanalysisofthelizard'smovingmechanism,themodelofsingleleg'sdrivinginstit

6、utionsandtherobotarebuilt.Themovingsimulation,theanalysisoffootshapebasedonpanelmethod,thefluidsimulationbasedonCFDareresearched.Andsomeinnovativeresultsareachieved.1.Basedontheanalysisofthelizard'smovingmechanism,themodelofsingleleg'sdrivinginstitutionsisbu

7、ilt.Basedonthemovinganalysisofthedrivinginstitutions,thetrajectory,velocitycurveanddisplacementcurveareresearchedandprovidedataforprototypemanufacture.Therobot’sfourdrivinglegscanslap,flapandrecoverdrivenbytwomotors.Toensurethebalanceofforceandpreventtheroll

8、over,thefourdrivinglegsmustcooperate.Thefrontleftlegandrightafterlegmovetogether.Thefrontrightlegandleftafterlegmovetogether.2.Thefootshapeisoneofthefactorsthataffectthemovingcharacteristicsinwa