水下触探仿生机构及其设计方法研究.docx

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1、水下触探仿生机构及其设计方法研究流体实时监测和浑浊水体目标探测是目前水下环境探测技术亟待解决的难题。我国近海海域及内水广泛分布着大量浑浊水体,这些水域水流复杂、水体高度浑浊、水底地形多变,在这样的极端环境下,现有的流体监测设备及目标探测技术无法有效发挥作用,极大的制约了人类及水下机器人、两栖机器人等水下移动平台在特殊水下环境执行环境勘察、工程施工、水下安保、抢险救援等急难险重任务的能力。本课题以水下流体监测与目标探测需求为研究目标,以触探式仿生机构为对象,针对现有触探式仿生探测机构信号量级低、测向不准确的问题和无法准确测量水下

2、复杂形状目标的问题,采用对关键仿生元素混合编辑的方法展开深入研究,为完善水下探测技术提供了新思路。本文从仿生学研究入手,针对水下触探仿生机构及其设计方法展开系统化研究,包括基于关键仿生元素混合编辑的机构创新方法,流体监测方法和水下目标探测方法。通过借鉴仿生学研究成果,开展生物触探机械感受器机理及探测模型的比较分析研究,从形态、结构、材料、感知模式等关键仿生元素中提取相似性与特异性特征,采用混合编辑的方法得到系列构型,建立优选评价数学模型,面向功能和应用,确定新型触探式仿生机构的设计方案,并完成对新机构主要性能的分析和优化,包括

3、用于流体监测的被动式触探仿生机构的流体测量范围和灵敏度分析,用于水下目标探测的主动式触探仿生机构的探测空间及精度分析。搭建了水下探测实验平台,进行了新机构的测试,对于新型被动式触探仿生机构,实现了高量级测量信号的输出,并可同时测速、测向,灵敏度和测量范围可调节;对于新型主动式触探仿生机构,实现了水下复杂形状目标的测量。实验验证水下流速测量灵敏度可达0.1m/s,测量范围可调节,平面测向范围达360度,水下目标探测精度达3mm,具有显著的应用前景。本课题提出了基于仿生和评价模型的机构创新理论和方法。深入研究了多种生物触探机理,提

4、出了用于流体监测的被动式触探仿生新机构和设计方法,提出了用于水下目标探测的主动式触探仿生新机构和设计方法,在水下探测技术领域具有学术意义和应用价值。