機(jī)器魚(yú)柔性脊骨的仿真和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、近年來(lái)，由于仿生機(jī)器魚(yú)可以進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間、大范圍、較復(fù)雜工況的水下作業(yè)，可以用于機(jī)動(dòng)性能要求較高的場(chǎng)合，也可以進(jìn)行海洋生物考察、海底勘探和海洋救生等許多場(chǎng)合，所以，具有快速、高效巡航游動(dòng)以及高機(jī)動(dòng)性鲹科魚(yú)類(lèi)引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。本課題依托國(guó)家自然基金項(xiàng)目“仿魚(yú)鰭水下推進(jìn)器的理論與實(shí)驗(yàn)研究”，對(duì)鲹科推進(jìn)模式魚(yú)類(lèi)的仿生機(jī)器魚(yú)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的建立和新型柔性脊骨結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析。
　　本文進(jìn)行了鲹科魚(yú)運(yùn)動(dòng)學(xué)的理論研究和柔性脊骨的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2、。以鲹科推進(jìn)模式魚(yú)類(lèi)為研究對(duì)象，將鯉魚(yú)作為鲹科魚(yú)的代表，取其游動(dòng)圖像進(jìn)行處理和分析，建立機(jī)器魚(yú)一維穩(wěn)態(tài)直線(xiàn)游動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。并借助Matlab軟件對(duì)該運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行仿真分析和驗(yàn)證。以機(jī)器魚(yú)一維穩(wěn)態(tài)直線(xiàn)游動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型為基礎(chǔ)，采用參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，對(duì)鲹科推進(jìn)模式機(jī)器魚(yú)的柔性脊骨結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，得出柔性脊骨比剛性脊骨能夠更好復(fù)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型曲線(xiàn)的優(yōu)越性。
　　在理論分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)柔性脊骨進(jìn)行了仿真分析和實(shí)驗(yàn)

3、研究。運(yùn)用ANSYS有限元分析軟件，依據(jù)六關(guān)節(jié)柔性脊骨的優(yōu)化設(shè)計(jì)尺寸，建立有限元模型，并分析其擺動(dòng)姿態(tài)和力學(xué)性能。通過(guò)變形姿態(tài)分析，驗(yàn)證了柔性脊骨有限元模型能夠正確的復(fù)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。通過(guò)靜力分析，改進(jìn)了柔性脊骨的厚度尺寸序列。通過(guò)瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，得到機(jī)器魚(yú)柔性脊骨側(cè)向位移和彈性回復(fù)力的動(dòng)態(tài)關(guān)系特性。依據(jù)理論分析和仿真分析的結(jié)果，設(shè)計(jì)加工了柔性脊骨實(shí)體，并對(duì)其進(jìn)行了變形姿態(tài)和靜力實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文運(yùn)動(dòng)學(xué)模型、優(yōu)化設(shè)計(jì)和仿真分析的正確