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仿水黾机器人建模及运动特性研究

作　者: 何冲
导　师: 高铁红
学　校: 河北工业大学
专　业: 机械工程
关键词: 仿水黾机器人 驱动机构 划水腿 Fluent 动网格 水面运动特性
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


水黾是水生半翅目类昆虫，依靠水的表面张力在水面上滑行和跳跃。通过模仿水黾结构以及其在水面上的运动方式，研制出可以代替人类从事恶劣环境下工作的仿水黾机器人，具有重要的实际应用价值。水黾原型依靠水的张力支撑身体停留在水面上，由于张力型仿水黾机器人很难携带负载完成远程作业任务。本文研究一种由电机、微型舵机驱动，依靠水的浮力支撑机体漂浮在水面的仿水黾机器人，主要研究内容如下：1.构建利用电机驱动的微小型仿水黾机器人模型，利用曲柄摇杆机构、平行四边形机构串联构成仿水黾机器人驱动机构，模仿水黾中腿完成入水、划水、抬腿、回腿的运动过程，从而驱动机器人向前运动。建立该机器人驱动机构的运动学、动力学性能关系表达式，并用Adams软件对机器人驱动机构进行运动学仿真分析。2.利用Fluent软件对影响划水腿划水性能的几个主要参数如形状、尺寸进行变尺度研究，利用动网格更新流场区域并对划水腿速度分布及受力做仿真分析预报，优选一种受水驱动力较大，划水效率较高的划水腿，以提高机器人划水效率和水面移动速度。3.进行仿水黾机器人水面运动特性仿真研究。通过开发基于ADAMS-MATLAB的仿水黾机器人联合仿真平台，以较准确预测不同电机转速下机器人水面运动情况，为获得具有较优划水运动性能的仿水黾机器人设计提供必要理论依据。4.在进行了上述研究之后制作仿水黾机器人样机。在实验室条件下研究在不同电机转速、采用不同尺寸、形状划水腿情况下，机器人在水面的移动速度，并与仿真结果进行比较，验证理论分析的正确性。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章 绪论  8-15
  §1-1 引言  8
  §1-2 仿水黾机器人国内外研究现状  8-13
    1-2-1 仿生水黾原型研究现状  8-10
    1-2-2 仿水黾机器人国内外研究现状  10-13
  §1-3 仿水黾机器人本课题研究的关键技术  13-14
    1-3-1 计算流体动力学理论及应用  13
    1-3-2 虚拟样机技术及其应用  13-14
  §1-4 本论文主要研究内容  14-15
第二章 仿水黾机器人总体构建及驱动腿运动学和动力学分析  15-30
  §2-1 引言  15-16
  §2-2 仿水黾机器人总体构建  16-17
    2-2-1 仿水黾机器人单腿驱动方案  16
    2-2-2 仿水黾机器人总体结构方案  16-17
  §2-3 仿水黾机器人单腿驱动运动学分析  17-25
    2-3-1 单腿驱动划水机构运动学分析  17-20
    2-3-2 单腿驱动抬腿机构运动学分析  20-22
    2-3-3 仿水黾机器人驱动机构运动学仿真分析  22-25
  §2-4 仿水黾机器人单腿驱动机构动力学分析  25-29
  §2-5 本章小结  29-30
第三章 仿水黾机器人水动力学方程及划水腿流体特性仿真分析  30-41
  §3-1 引言  30
  §3-2 仿水黾机器人水动力学方程  30-32
    3-2-1 仿水黾机器人划水腿受力方程  30-31
    3-2-2 仿水黾机器人支撑腿受力方程  31
    3-2-3 仿水黾机器人水动力学方程  31-32
  §3-3 计算流体动力学分析理论基础  32-33
    3-3-1 引言  32
    3-3-2 计算流体动力学分析流程  32-33
  §3-4 基于Fluent的仿水黾机器人划水腿流体特性仿真分析  33-39
    3-4-1 仿水黾机器人划水腿流体环境模型建立  33-35
    3-4-2 基于Fluent软件机器人划水腿动网格划分仿真分析  35-39
  §3-5 基于Fluent机器人划水腿形状设计  39-40
  §3-6 本章小结  40-41
第四章 仿水黾机器人水面运动特性仿真研究  41-56
  §4-1 引言  41
  §4-2 仿水黾机器人水面运动特性仿真分析方法及分析流程  41-42
    4-2-1 仿水黾机器人水面运动特性仿真分析方法  41
    4-2-2 仿水黾机器人水面运动特性仿真分析流程  41-42
  §4-3 仿水黾机器人水面运动特性仿真分析  42-55
    4-3-1 仿水黾机器人水环境机器人系统模型建立  42-43
    4-3-2 定义仿水黾机器人输入输出  43-47
    4-3-3 仿水黾机器人控制系统建模  47-51
    4-3-4 仿水黾机器人水面运动特性仿真分析  51-55
  §4-4 本章小结  55-56
第五章 仿水黾机器人样机制作及实验  56-62
  §5-1 引言  56
  §5-2 仿水黾机器人样机制作及控制系统设计  56-59
    5-2-1 仿水黾机器人样机制作  56-57
    5-2-2 仿水黾机器人控制系统设计  57-59
  §5-3 仿水黾机器人水面滑行实验  59-61
  §5-4 本章小结  61-62
第六章 总结与展望  62-63
参考文献  63-65
致谢  65-66
攻读学位期间所取得的相关科研成果  66

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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