开题报告-仿生水母机器人设计

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1、中国海洋大学本科毕业论文（设计）开题报告目仿生水母机器人系业名号师姓教、生导莎专学学指工程学院机电工程系机械设计自造及其自动化（年级）2011级教务处制表2015年3月22日一、选题依据-海洋屮蕴藏着丰富的矿产资源、生物资源和能源。占地球表面积49%的海洋是国际海底区域，该区域内的资源不属于任何国家，而属于全人类。如今，海洋已成为国际上战略竞争的焦点，也是高技术研究的重要领域。水下机器人作为人类探索海洋的重要的工具之一，被人们普遍的关注，在人类进军海洋的征程屮起着至关重要的作用，发展水下机器人的意义是重要且深远的。水母仿生

2、机器人作为仿生机器人和水下机器人两大科研热点的结合，具有较高的科研价值和广阔的应用前景。目前，全世界的水母机器人可分为两大类，一类依靠高分子智能材料、形状记忆合金等“人造肌肉”驱动，另一类依靠电机和传统机构驱动。二、文献综述1、国外研究现状国外水母机器人的研究以德国费斯通公司和美国弗吉尼亚理工学院为代表。如图1所示为德国费斯通公司研制的AquaJelly机器水母，它的身体是一个用图1激光烧结而成的球形密封舱。它的8根触须的结构依据鱼鳍设计。根据“鳍条效应”，每根触须有--根软硬适度的“主骨”，骨外面连着柔性的表面，表面分成

3、两个腔，压力可以分别调整，使整个触须向某个方向弯曲。每根触须的顶端都有小鳍，受触须带动，小鳍像鱼尾那样划水，推动机器人水母前进.当机器水母需耍改变方向时，一个由伺服马达驱动的斜盘便会转动相应的角度，改变水母的重心，使之倾斜，从而改变水母的游动方向。如图2所示，美国弗吉尼亚理工学院的科研人员研制的名为RoboJelly的水母机器人,材质为碳纳米管和智能材料。它的外观和运动方式与真水母非常接近。图2RoboJelly可以像真正的水母一样在水里游动。目前还处于初级阶段，这种机器人最终将可应用于水下营救作业。RoboJelly无需

4、使用外部电源或者更换电池进行驱动，其以氢作为燃料，从理论上讲，它的能量将取之不尽用之不竭，完全自给自足。水中的氧和氢以及表面的钳之间的化学反应所产生的热量，将传递到机械水母的“人造肌肉”上，使其达到伸缩变形的目的。如图3所示，美国弗吉尼亚理工学院肖申克•普利亚团队研发了一款仿生水母机器人。这台代号为“Cyro”的机器人全长约5.58英尺，净重170磅，其具体仿制对象是霞水母(Cyanea),其原型机是RoboJelly机器水母。它的内部有一个碗状刚性支架，刚性支架上安装了直流电动机，可以控制刚性支架外部包裹的人造硅胶层进行

5、有规律摆动，以此來产生动力，其运动方式与真正的水母很相似。此外，机器人内部的直流电动机以及信息处理系统由安装在刚性支架上的線氢电池来驱动，可以收集、分析、处理以及传送所感应到的数据信息。图32、国内研究现状近儿年国内也开始出现仿生机器水母的研究热潮。主要参与者有科研院所和高等院校两大群体。中国科学院自动化研究所的肖俊东和喻俊志研制出了一款基于多连杆机构的仿生机器水母。如图4所示，该机器人由一个刚性的流线型头部密封舱和4组对称布置的六连杆传动机构组成。头部密封舱里安装有重心调节装置、电源模块、控制模块、通信模块和舵机。执行机

6、构杆上粘有弹性橡胶膜，能随着执行杆的摆动形成一个容积随之变化的弹性腔体，有节律地喷射出水流，推动水母机器人游动。通过控制该是母机器人4组六连杆机构的运动和重心调节机构，实现其在水中的前进和转向。水母机器人的壳体采用ABS塑料制成，其他非受力部件采用硬铝合金加工而成，受力部件采用40Cr合金钢加工而成；静连接密封采用0型橡胶密封圈，动密封釆用内包骨架唇形密封圈。我国各高等院校的机器水母作品已经在全国各类竞赛中崭露头角，其中比较有代表性的是哈尔滨工程大学和中国海洋大学的作品。如图5所示，哈尔滨工程大学学生研制出了“仿生水母式水

7、下机器人”，在黑龙江省第二届“知识产权杯”高校发明创新竞赛中首次亮相。该机器人由三个舱段组成，分别是位于头部的压载水舱，中部的摄像头舱及后舱段的动力推进系统。头部的压载水舱用于控制机器人的浮态，中部的摄像头用于水下观测，后部的动力推进舱内安装有控制器、舵机、蓄电池和大扭矩低转速电机。Cliinanews.i屮国海洋大学学生研制出了JellyfishG和JellyfishS两款机器水母，分别在2014年国际水屮机器人大赛和第三届全国海洋航行器设计与制作大赛首次亮相。如图6所示，JellyfishG拥有小巧的外形，密封舱体为半

8、球形，运动部分由8根刚性骨架连接弹性硅胶薄膜构成。8根骨架分为4组，每组由一个减速电机提供动力。通过尼龙材质的圆柱直齿伦一一冠齿伦机构实现正交轴传动，再通过柔性尼龙轴实现互成45°角的两相邻骨架的同步摆动。通过控制4组骨架的同步运动或某一组单独运动，理论上可以实现水母机器人的前进和转向。这个设计的优点是