一種仿生水母機(jī)器人的實(shí)現(xiàn)

《一種仿生水母機(jī)器人的實(shí)現(xiàn)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《一種仿生水母機(jī)器人的實(shí)現(xiàn)（3頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、一種仿生水母機(jī)器人的實(shí)現(xiàn) 高振幫　李志剛　梁擁成　崔秀芳 【摘要】隨著海洋保護(hù)與水下偵查的需要，水下機(jī)器人越來(lái)越受到人們的重視，可以承擔(dān)水下環(huán)境監(jiān)測(cè)與生物生長(zhǎng)魚(yú)群遷移等等任務(wù)。而水母是一種柔性生物，僅憑借對(duì)腔體大小改變可實(shí)現(xiàn)便捷的轉(zhuǎn)向和定軌跡的行程行進(jìn)。但是目前的仿水母機(jī)器人游動(dòng)穩(wěn)定性差、方向不易控制。因此，需要一種新的技術(shù)方案以解決上述問(wèn)題。 【關(guān)鍵詞】水母機(jī)器人；穩(wěn)定性；技術(shù)方案 中圖分類號(hào)：TB333文獻(xiàn)識(shí)別碼：A文章編號(hào)：2095-2457〔2021〕06-0262-002 【Abstract】Withtheneedsofmarineprotectionandunderwat

2、erdetection，underwaterrobotshavereceivedmoreandmoreattentionfrompeople，andtheycanassumetaskssuchasunderwaterenvironmentmonitoringandbiologicalgrowthfishmigration.Thejellyfishisakindofflexiblecreature，anditcanachieveconvenientsteeringandfixedtracktravelonlybychangingthesizeofthechamber.However，thecur

3、rentswimmingrobotshavepoorstabilityanddifficultytocontroltheirorientation.Therefore，anewtechnicalsolutionisneededtosolvetheaboveproblems. 【Keywords】Jellyfishrobot；Stability；Technicalsolutions 0課題的提出及意義 “Machinejellyfish〞是festo公司[1-3]設(shè)計(jì)并研發(fā)的氦氣動(dòng)能源的兩棲水母類機(jī)器人成果，旨在海況和空航領(lǐng)域，〞Cyro〞是美國(guó)VirginiaTech提出和開(kāi)發(fā)一種依靠8

4、塊電機(jī)驅(qū)動(dòng)8個(gè)機(jī)械臂的類水母“軟〞的機(jī)械臂型陸用機(jī)械水母，已在軍民行業(yè)展開(kāi)適當(dāng)?shù)姆秶恼{(diào)試與運(yùn)用。國(guó)內(nèi)哈工大機(jī)器人組開(kāi)展的多連桿仿生器水母機(jī)構(gòu)的初步研究，取得局部效力，可開(kāi)展例如緩水流與急流復(fù)雜交變的模擬海況的試驗(yàn)探索。[4-6]本文擬提出一種克服冗余與欠驅(qū)驅(qū)動(dòng)、變限胞法等缺點(diǎn)的新奇驅(qū)動(dòng)形式器。 1課題研究的內(nèi)容 通過(guò)本課題的研究包括以下內(nèi)容：〔1〕對(duì)水母機(jī)器人的各個(gè)零部件進(jìn)行詳細(xì)介紹與分析，校核。〔2〕對(duì)水母機(jī)器人的工作原理做出詳細(xì)分析，確定流程圖?！?〕利用多個(gè)軟件對(duì)水母機(jī)器人進(jìn)行仿真分析，并對(duì)可行性與缺乏之處作詳細(xì)分析。〔4〕研制出一種新型材料?！仓辽倮碚摪l(fā)現(xiàn)一種新型材料〕?！?〕一

5、種新能源發(fā)電設(shè)備與機(jī)器人的融合，提高機(jī)器人的可靠性。〔6〕樣機(jī)試制。 2課題研究方法 本次研究采用多種運(yùn)動(dòng)原理相結(jié)合的方法，主要有運(yùn)動(dòng)版-空間機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理；用SolidWorks三維軟件對(duì)設(shè)想出的水母機(jī)器人模型進(jìn)行建立；用fluent流體分析與仿真軟件對(duì)水母機(jī)器人進(jìn)行仿真與分析；用SolidWorks等仿真軟件對(duì)水母機(jī)器人進(jìn)行仿真與分析；現(xiàn)階段主要進(jìn)行材料物理性能與評(píng)價(jià)參數(shù)的計(jì)算。主要采用MS7.0與Vasp軟件的材料參數(shù)性能的計(jì)算，目的是尋找一種更加適合于水下環(huán)境的新型材料。 2仿生水母機(jī)器人 上腔室，包括外殼體、內(nèi)殼體和封板，內(nèi)殼體設(shè)置在外殼體的內(nèi)部，外殼體和內(nèi)殼體的底部通過(guò)封板密

6、封連接，且外殼體、內(nèi)殼體和封板之間圍合成第一封閉腔，內(nèi)殼體的內(nèi)部與封板之間圍合成第二封閉腔。其中，外殼體是由特殊材料——形狀記憶合金制造而成，其特性類似于水母的柔性殼體，可以實(shí)現(xiàn)在大量運(yùn)行之后的變形回復(fù)可靠的本領(lǐng)。外殼體上設(shè)有第一進(jìn)水機(jī)構(gòu)，第一進(jìn)水機(jī)構(gòu)用于將外部的水周期性地輸入到第一封閉腔中，內(nèi)殼體上還設(shè)有第二進(jìn)水機(jī)構(gòu)，第二進(jìn)水機(jī)構(gòu)用于將第一封閉腔中的水輸入到第二封閉腔中。下腔室，包括筒體，筒體的頂部與封板的下外表密封連接，筒體內(nèi)設(shè)有左增壓腔和右增壓腔，左增壓腔和右增壓腔內(nèi)設(shè)有增壓器，且左增壓腔和右增壓腔均與第二封閉腔相連通；增壓器主要用于對(duì)左增壓腔和右增壓腔中的水進(jìn)行增壓形成壓力水。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

7、，安裝在下腔室的中心位置處，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與第一進(jìn)水機(jī)構(gòu)相連接，并用于驅(qū)動(dòng)第一進(jìn)水機(jī)構(gòu)往復(fù)動(dòng)作。左噴水機(jī)構(gòu)和右噴水機(jī)構(gòu)也是由形狀記憶合金制造而成，其設(shè)置在下腔室的底部，左噴水機(jī)構(gòu)和右噴水機(jī)構(gòu)分別與左增壓腔和右增壓腔相連接，并分別用于將左增壓腔和右增壓腔中的壓力水噴出至外部。 3仿生水母機(jī)器人技術(shù)實(shí)現(xiàn) 將水母機(jī)器人放到水面上，選取蓄電池作為水下電機(jī)能源，并通過(guò)凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)作為連接動(dòng)力與非動(dòng)力的運(yùn)行機(jī)構(gòu)的連接，凸輪通過(guò)豎桿將力傳遞給了圓盤，圓盤的上下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)了連桿的上下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)了運(yùn)動(dòng)板的伸出或縮回運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而開(kāi)啟或閉合第一進(jìn)水口，而在第一進(jìn)水口開(kāi)啟時(shí)便可將水?dāng)D進(jìn)第一封閉腔，然后經(jīng)第二進(jìn)水口進(jìn)入到第

8、二封閉腔，第二封閉腔中的水經(jīng)漏水孔進(jìn)入到左增壓腔和右增壓腔中，最終通過(guò)增壓器將左增壓腔和右增壓腔中的水加壓后擠進(jìn)左噴水機(jī)構(gòu)和右噴水機(jī)構(gòu)的噴水管中，通過(guò)噴水葉片的噴水口噴水來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的前進(jìn)，通過(guò)掃描成像聲納對(duì)水下進(jìn)行視頻和圖片的拍攝。岸上的操作人員還可以通過(guò)掃描成像聲納傳輸回來(lái)的視頻、圖片等對(duì)所需信息進(jìn)行篩選，并通過(guò)遠(yuǎn)程控制器來(lái)控制處理器，從而對(duì)機(jī)器人的姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整。 4分析及結(jié)論 水母機(jī)器人技術(shù)實(shí)現(xiàn)路線與所設(shè)計(jì)的水母機(jī)器人模型，結(jié)合多驅(qū)動(dòng)融合理論相比單一驅(qū)動(dòng)機(jī)制具有更高的可靠性和效率；新型材料對(duì)于水母機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)機(jī)理起到了關(guān)鍵性的作用，一方面可以簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，另一方面可以適當(dāng)減小水母機(jī)器

9、人在水下運(yùn)動(dòng)的阻力。我們的模型選取較前沿的SMA材料，克服冗余與欠驅(qū)驅(qū)動(dòng)、變限胞法等缺點(diǎn)的新奇驅(qū)動(dòng)形式器，采取運(yùn)動(dòng)穩(wěn)態(tài)機(jī)理、非重承載自重比的機(jī)制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可作為新型類水母拓?fù)淇臻g泛機(jī)構(gòu)的并行開(kāi)發(fā)研究工程。本技術(shù)方案已獲得創(chuàng)造專利?！睳o.14XD1424300〕 【參考文獻(xiàn)】 【1】王振龍，李健，杭觀榮，王揚(yáng)威.生物噴水推進(jìn)機(jī)理及其在仿生噴水推進(jìn)裝置中的應(yīng)用[J].機(jī)器人.2021〔03〕：281-288. 【2】肖俊東，喻俊志.基于多連桿機(jī)構(gòu)的仿生機(jī)器水母設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[C].第三十二屆中國(guó)控制會(huì)議，中國(guó)陜西西安，2021.6. 【3】劉英想.兩關(guān)節(jié)機(jī)器魚(yú)本體及動(dòng)力學(xué)研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士.2021. 【4】遲冬祥，顏國(guó)正.仿生機(jī)器人的研究狀況及其未來(lái)開(kāi)展[J].機(jī)器人.2021〔05〕：476-480. 【5】戴坡.仿生機(jī)器魚(yú)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士.2021. 【6】胡婭南.低電壓驅(qū)動(dòng)仿水母式微型機(jī)器魚(yú)的研究[D].哈爾濱工程大學(xué)碩士.2021.