仿海蟹机器人自主游动性能研究
仿生螃蟹所需的理论计算
仿生螃蟹所需的理论计算在这篇论文中，作者提出了一种可模仿、可控制和可感知的螃蟹。
该研究报告于2019年7月在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上发表。
螃蟹的设计可以在仿生螃蟹(Camera Bird)上实现。
在螃蟹体内有一个类似螃蟹脚的小型机械臂。
它能够在机械臂上旋转以获得动作。
机械手可以控制机械臂的移动方式，例如在原地旋转或向前旋转。
机械臂具有许多不同的运动模式（例如抓握和旋转）以及在机械臂上旋转时施加不同加速度的能力（例如在振动条件下施加更大的加速度）。
该研究中涉及一种由纳米尺度下可实现可感知的螃蟹结构组成的原型。
该研究结果发表在《机器人研究》上(Advanced Materials Letters)。
1.设计原理仿生螃蟹的基本概念是以一种独特的方式将纳米结构与生物材料结合在一起，其纳米结构可以像螃蟹脚一样由多种不同的方式灵活移动，并具有自驱动功能，因此可以产生独特且响应更加精确的驱动反应，并且具有高灵敏度、高响应能力、高精度等特点。
根据设计，仿生螃蟹由三部分组成，它们是仿生脚（通过一条腿向后伸展并与另一条腿形成折叠),两个关节相互配合以完成从伸直到弯曲（类似螃蟹）的转变。
它们被纳米结构限制并形成微型圆环(Camera Bird)。
两个关节可以一起旋转（一个旋转为180°，另一个旋转为180°）。
为了保证良好的机械性能，他们必须具有良好的刚度，以保证在转动过程中能够正确地承受压力以保持所需力量。
该结构由两个圆环固定在一起，并形成了一个圆环，该圆环与两个关节配合以产生运动。
为了控制所需动力，该设计通过其具有自驱动功能的机器人手控制其扭矩。
通过控制机械手的每个转动角速度及旋转角度（以0°为单位）来完成这些任务。
2.基本设计螃蟹有许多不同的表面，但总体而言，大多数表面都具有特定的形状。
为了模仿螃蟹的四足步行能力，螃蟹有四条腿，包括两条腿部，三条小腿和一条小腿。
螃蟹腿由八块光滑均匀的碳化硅基片组成，它们具有光滑表面的碳化硅纳米片(MoSiC)。
八足仿蟹机器人运动协调控制及仿真分析
八足仿蟹机器人运动协调控制及仿真分析根据多足步行机器人具有运动灵活、越障能力强、可以适应复杂环境等特点,本文以生物螃蟹作为原型,进行仿生研究。
在对多足步行机器人应用前景和国内外发展状况等内容进行综述的基础上,分析了目前多足步行机器人的主要研究内容。
基于旋量理论对八足仿蟹机器人进行运动学及动力学的分析,并得出其运动学和动力学模型。
然后设计并运用反演自适应模糊控制器对步行足进行控制,使其输出可以实现很好的跟踪。
分析生物河蟹的结构及运动特点,并在Pro/E中建立三维模型,通过Mechanical/Pro导入动力学分析软件Adams中,在添加约束、驱动、接触力后,对八足步态进行协调仿真分析,得到其运动位移、角速度、作用力、力矩、能量消耗等参数值。
对单个和多个运动参数进行优化分析,使步行机器人在满足一定的越障能力和运行速度的情况下,使关节能量消耗最低。
最后对步行机器人的路径规划技术进行研究,并提出了一种改进的可视图路径规划方法。
仿生螃蟹行业分析报告
仿生螃蟹行业分析报告引言仿生螃蟹是一种模仿螃蟹自然特征的机器人，具有可移动的螃蟹外骨骼以及生物力学感知系统。
它们被广泛应用于海洋研究、水下勘探、救援任务等领域。
本报告旨在分析仿生螃蟹行业的发展现状、市场前景以及相关技术进展，为相关从业者提供参考。
市场概述近年来，随着科技的进步和对深海资源的探索需求增加，仿生螃蟹行业迅速兴起。
根据市场调研，仿生螃蟹在海洋科学研究、海洋生态保护、水下探险、海底资源开发等领域有广阔的应用前景。
目前，全球仿生螃蟹市场主要集中在北美和欧洲地区，两地约占全球市场份额的80%。
亚太地区也逐渐成为仿生螃蟹市场的重要增长点，其在海洋勘探、救援和资源开发等方面的需求逐渐增加。
预计未来几年内，亚太地区的仿生螃蟹市场将保持较高的增长率。
技术进展仿生螃蟹的技术主要包括外骨骼材料、运动控制、传感器以及智能算法等方面的创新。
1. 外骨骼材料：仿生螃蟹的外骨骼需要轻巧且具有足够的强度和韧性。
目前，利用高强度复合材料和3D打印技术制造轻型的仿生螃蟹外骨骼成为主流。
这种材料可提供良好的抗压能力和柔韧性，使仿生螃蟹能够适应不同的海底环境。
2. 运动控制：仿生螃蟹的运动控制是保证其高效运行的关键。
目前，采用液压驱动和电动驱动的仿生螃蟹成为主流。
液压驱动系统具有强大的功率和高承载能力，适合大型仿生螃蟹；电动驱动系统则更加灵活和机动，适用于小型仿生螃蟹。
3. 传感器：仿生螃蟹的感知系统对于实时获取环境信息至关重要。
目前，仿生螃蟹配备有多种传感器，包括距离传感器、压力传感器、摄像头等。
这些传感器能够精确测量海洋深度、水体温度、水下物体距离等参数，为后续数据处理提供依据。
4. 智能算法：仿生螃蟹的智能控制算法是实现自主控制和路径规划的关键。
目前，采用深度学习和强化学习的算法在仿生螃蟹行业得到广泛应用。
这些算法通过训练机器学习模型，使仿生螃蟹能够自主感知环境并做出相应的行动。
市场竞争格局目前，仿生螃蟹行业竞争激烈，市场上出现了众多的厂商和产品。
仿螃蟹步行机构研制及其运动特性分析
(5)为进一步提高仿螃蟹步行机构的运动平顺性。采用CATIA建 立不同腿部杆件尺寸的步行机构三维实体模型,并在ADAMS中完 成运动学仿真,导出步行机构各腿关节位移和角度数据,反算得 到特征点的波动特性参数,根据需求建立多种目标函数,通过运 行多目标、多参数的优化软件从而获得最优的腿部杆件设计参 数,最终优化结果为:GF=31.6mm,EF=36mm,EH=115mm。
自然界中有许多步行动物都具有出色的运动能力,能够在各种复 杂环境中来去自如。国内外研究工作者希望通过寻找到步行动 物身体系统的生理结构和控制机制,并应用在步行机构上,以此 来提高步行机构的通过性能。
本研究以在松软地面上生活的中华绒螯蟹为研究对象,基于中华 绒螯蟹的步态信息及运动特性,结合非结构地面特点,运用工程 仿生学原理,对非常规地面环境行走机构进行研究,旨在提高其 在非常规地面通过性和稳定性。通过观察分析中华绒螯蟹在不 同地面及不同状态下的行走特点,并结合中华绒螯蟹自身生理结 构特性,从简化机构及其控制系统出发,通过模仿螃蟹的行走方 式开发了一种结构简单、性能优越的仿螃蟹六足横向移动步行 机构,并对其运动特性进行研究。
仿螃蟹步行机构研制及其运动特性分 析
随着人类科技文明的不断进步,各种适合于非常规地面移动机构 的开发已成为世界各国的关注的焦点,仿生步行机构的研究对于 开发复杂地形的行走机构具有十分重要的意义。步行机构相对 于轮式、履带式行走机构具有良好的通过性能和复杂地形适应 能力,可以更好地在极端环境中发挥作用,因此被广泛应用于灾 害救援、军事侦察、深空探测、交通运输等领域。
对各条腿进行编号,基于Simi motion获取的数据,得到步行机构 在平路面行走时的步态时序图,与中华绒螯蟹在平整硬路面的步 态时序图进行对比,结果表明两者具有很高的相似度,相似度达 到75%。(4)在负载条件下,对仿螃蟹步行机构初始样机进行测试, 结果表明步行机构在负载为5.5kg的条件下,能完成预期行走动 作。
一种远程可控式仿生螃蟹机器人
0引言仿生机器人为21世纪初机械科学发展的一个重要方向。
目前，在机器人研究领域，应用仿生学原理，模仿生物的结构特性、从事适合生物特点工作的仿生机器人的研究极具发展潜力，而多足仿生机器人则成为其研究的一个热点。
但是在设计上也有一定的缺点：作为一款灵活移动机器人，却无法做到灵活的转动，在仿生螃蟹的基础上没有改善其无法灵活转动的缺点；在作用上功能比较单一；运行的稳定性不强；蟹钳不能够灵活夹取物品；控制功能不完善等设计缺点。
（图1）本发明提供了一种仿生螃蟹机器人：由WiFi 实现了远程控制，可以代替人工进行取物，同时钳子可以进行模块替换以实现不同的功能，如穿插、挖掘等。
在满足基本使用需求后，模块化的接口设计能够更有效提高机器人的一体性。
1基本设计方案本次设计的仿生螃蟹清洁机器人是通过电机连接齿轮带动链条发力带动曲柄摇杆机构使其整体开始运动，并采用ROBO PRO 编程，能够实现蓝牙控制、遥控控制。
此设计共采用7个电机，3个限位开关，1个光敏传感器。
底盘两个电机分别带动左右两个曲柄摇杆运动；遇到垃圾物品时通过连接机械臂大臂的电机控制机械臂整体的升降（此处有两个限位开关，方位机械臂运动过位，损伤机械臂），再通过控制机械臂的机械爪抓取物品，升起机械臂时触碰限位开关，立即将物品丢入顶部的垃圾筐中。
再控制垃圾筐下方连接的涡轮机构控制垃圾筐的升降。
1.1机器人基本结构该仿生螃蟹机器人包括：行走驱动部分，装载部分，导向部分，夹取部分，信息接收和发送部分，传感器部分，摄像头模组，控制部分和电源部分。
①装载篮。
本设计利用丝杠传动从而带动倾斜台，控制改变载物篮的倾斜度来进行翻倒，且结构紧凑，易于控制，又因为增加了限位开关，可以限制位置以保证设备安全。
———————————————————————基金项目:2023年国家级大学生创新创业训练项目———多功能仿生螃蟹机器人，项目编号：202310641040。
作者简介:梁广南（2002-），男，四川南充人，本科，研究方向为机械电子工程。
移动灵活的仿生螃蟹机器人[实用新型专利]
![移动灵活的仿生螃蟹机器人[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/4d54b806effdc8d376eeaeaad1f34693daef10f4.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202021157201.X(22)申请日 2020.06.19(73)专利权人 苏州中虹星美机器人有限公司地址 215000 江苏省苏州市苏州工业园区展业路16号翡翠湾产业园南楼S206室(72)发明人 李涛 陈鹏松 陈莉 陈宇鹏 陈蒙 (74)专利代理机构 无锡市汇诚永信专利代理事务所(普通合伙) 32260代理人 顾品荧(51)Int.Cl.A63H 11/18(2006.01)(54)实用新型名称移动灵活的仿生螃蟹机器人(57)摘要本实用新型公开了一种移动灵活的仿生螃蟹机器人，包括机身本体，所述机身本体的前部对称设有能开合的气动螯钳，两侧对称设有能驱动其横向移动的四腿移动机构。
所述四腿移动机构包括一个驱动部、两个连杆组件、四个传动蟹腿。
所述驱动部包括驱动基座，所述驱动基座的一端固定穿设有用于连接所述传动蟹腿的连接轴，另一端设有用于驱动两个所述连杆组件同步动作的驱动电机。
所述传动蟹腿两两设置在所述驱动基座的两侧，且位于所述驱动基座同一侧的两个所述传动蟹腿通过所述连杆组件连接。
四个所述传动蟹腿的一端均转动设置在所述连接轴上。
本实用新型的仿生螃蟹机器人结构简单合理，通过各传动蟹腿间的灵活配合能高度模仿螃蟹的横向行走。
权利要求书1页 说明书4页 附图4页CN 212881024 U 2021.04.06C N 212881024U1.一种移动灵活的仿生螃蟹机器人，包括机身本体，其特征在于：所述机身本体的前部对称设有能开合的气动螯钳，两侧对称设有能驱动其横向移动的四腿移动机构；所述四腿移动机构包括一个驱动部、两个连杆组件、四个传动蟹腿；所述驱动部包括驱动基座，所述驱动基座的一端固定穿设有用于连接所述传动蟹腿的连接轴，另一端设有用于驱动两个所述连杆组件同步动作的驱动电机；所述传动蟹腿两两设置在所述驱动基座的两侧，且位于所述驱动基座同一侧的两个所述传动蟹腿通过所述连杆组件连接；四个所述传动蟹腿的一端均转动设置在所述连接轴上。
仿海蟹机器人自主游动性能研究
仿海蟹机器人自主游动性能研究王刚;陈曦;靳励行;王海龙;闫兴亚;贾鹏【摘要】为了研究两栖仿生机器人,采用计算流体动力学(CFD)方法对双游泳足推进仿海蟹机器人自主游动机理进行研究.建立仿海蟹机器人自主游动计算模型,以双桨协同步态为例对游泳足推进的仿海蟹机器人水动力性能进行了模拟,探讨了自主游动过程中运动学和力学参数的时间历程规律,分析了游泳足运动参数对自主游动速度和推进效率的影响,提取了三维流场结构,从涡动力学角度揭示了自主游动过程中水动力的产生机理.搭建了自主游动实验平台,针对双桨协同步态和双桨交错步态两种推进形式进行了对比实验,验证了水动力学分析的正确性.%In this research, the subsea free-swimming mechanism of a crab-like robot was studied using the computational fluid dynamics (CFD) method in order to research the amphibious bionic robots.First, a calculation model of the crab-like robot that considered the free-swimming mechanism and the synergic sculling gait was established.Furthermore, the hydrodynamic performance of the crab-like robot was investigated and the time histories of the kinematic and dynamic parameters of the robot during free swimming were discussed.Subsequently, the influences of the motion parameters of the swimming paddles on the velocity and propulsion efficiency of the robot were analyzed.According to the three-dimensional vortex structure, the hydrodynamic generation mechanism was revealed from the point of vortex dynamics.An experimental platform for the free-swimming mechanism of the crab-like robot was successfully established and comparison experiments to identify the differences between the synergicand alternate sculling gaits were conducted, verifying the accuracy of the numerical results.【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》【年(卷),期】2017(038)007【总页数】7页(P1072-1078)【关键词】仿海蟹机器人;自主游动;双桨协同步态;水动力;游泳足【作者】王刚;陈曦;靳励行;王海龙;闫兴亚;贾鹏【作者单位】哈尔滨工程大学水下机器人技术重点实验室,黑龙江哈尔滨 150001;黑龙江工程学院机电工程学院,黑龙江哈尔滨 150050;哈尔滨工程大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨 150001【正文语种】中文【中图分类】TP242.6近年来，海洋的战略地位和价值越来越高，人们对海洋的探索也越来越深入。
关于仿生机器蟹的研究
关于仿生机器蟹的研究学院：机电学院班级：11008008学号：姓名：Email:关于仿生机器蟹的研究仿生机器人因为具有较好的可靠性、适应性以及强大的功能，正日益成为科研工作者研究的热点。
近年来,为适应环境或军事需要,微小型机器人、仿生机器人、步行机器人都得到了长足的发展. 随着微电子机械系统技术(MEMS)、高密度信息处理技术、集成控制技术的飞速发展,微小型机器人以其隐蔽性强、功耗小、成本低廉、便于大量部署的优点正日益成为执行高危险军事任务的理想平台。
其中微小型仿生多足步行机器人以其高机动性的特点,成为军用机器人开发研究的热点。
蟹结构小巧、运动灵活、对不平路面适应力强,因此是研究水、陆两栖全方位、高灵活步行机理想的生物模型。
步行机器人属于多输入、多输出、非线性的复杂结构,在仿生机器蟹运动学研究方面,大多只对单腿进行串联结构的运动学分析,对整个步行机每一瞬时的运动学分析,目前尚缺少完整的论述,本文考虑步行机每一瞬时各腿运动情况不同,分别建立相应的运动学方程,即对抬起腿作串联机构分析,对着地腿与躯体形成的机构作并联机构分析,实现较完善的运动学分析.并对分析结果进行了仿真验证。
一、螃蟹的行走原理：螃蟹具有8足步行机特征,在行走过程中,每条腿都是抬起和着地两种状态交替变化,抬起的腿从躯体上看是开链机构,相当串联手臂。
而同时着地的腿与躯体构成并联多闭链多自由度机构.这种行走过程,从机构学角度看就是不同分支并联机构及串联开链机构之间的不断变化的复合型机构.针对这种机构我们采用串并联综合分析的方法,提出运动学算法及计算机仿真验证方法.通过计算机仿真验证了该方法分析结果的正确性,得出了一种用于仿生机器蟹行走过程运动学研究的行之有效的分析方法。
二、仿生系统的构成：两栖仿生机器蟹作为一个两栖环境下高技术仪器设备的集成体[3J，是一个非常复杂的机器人系统。
为了模仿生物原型运动的高效率、低噪声、高速度、高机动性等特点，两栖仿生机器蟹的研究中包含了结构仿生、材料仿生、功能仿生、控制仿生和群体仿生几个方面的内容。
仿生机器蟹的设计方案
仿生机器蟹的设计方案一、引言仿生机器人是一种具备类似生物体特征和行为的机器人，它能够模拟和拓展生物的各种功能和能力。
本文将设计一种仿生机器蟹，仿效蟹类的外形和运动方式，实现在水中自由移动和执行任务，如海底勘探、清理水域污染等。
二、外形设计仿生机器蟹的外形设计参考螃蟹的形态特征，以实现在水中高效运动和操纵。
外骨骼结构采用轻质材料制造，具备较强的抗压能力。
机器蟹的身体由一颗圆形的头部和四个连续的关节组成，每个关节上分布有螯状的机械臂。
头部装有多个传感器，如摄像头、声纳、压力传感器等，用于感知环境和执行任务。
关节的设计允许机器蟹在水中轻松弯曲和伸展，以适应不同的运动和任务需求。
三、动力系统四、感知与控制系统仿生机器蟹配备丰富的感知系统，可以感知水中的温度、压力、水质等环境信息，以及周围物体的位置和形状。
摄像头和声纳可以提供可视化和声纳图像，用于环境感知和障碍物检测。
压力传感器可以检测水中的压力变化，判断机器蟹所处的深度和水流情况。
这些传感器所获得的信息将通过内置的处理器进行计算和分析，以控制机器蟹的运动和执行任务。
五、任务执行仿生机器蟹可以执行各种水下任务，如海底勘探、水里污染清理等。
它可以根据任务需求，通过操纵机械臂进行物体抓取、搬运等操作。
机器蟹的摄像头和声纳可以用于物体定位和识别，使其能够精确地抓取目标物体。
机器蟹还可以根据任务需求，快速调整步态和姿态，以适应不同的工作环境和任务需求。
六、安全性和可持续性仿生机器蟹的设计考虑到了安全性和可持续性。
机器蟹的外骨骼结构具备一定的抗压能力，适应水下环境中的压力变化。
同时，机器蟹配备防水设计，以保护内部电子元件不受水的浸湿。
此外，机器蟹的电池供电系统具备高效的能源管理，以延长电池的使用寿命，并使用可再生能源进行充电，以减少对自然资源的依赖。
七、总结本文设计了一种仿生机器蟹，以蟹类为原型，模仿其外形和运动方式，实现在水中的自由移动和执行任务。
机器蟹拥有先进的感知和控制系统，可以感知水中的环境和障碍物，并执行各种水下任务。
仿蟹滑翔机器人与螺旋桨耦合作用下自航性能研究
仿蟹滑翔机器人与螺旋桨耦合作用下自航性能研究
郑文声;王志东;谢鹏
【期刊名称】《舰船科学技术》
【年(卷),期】2024(46)4
【摘要】针对一种新型仿蟹滑翔机器人,以提高其机动性为目的进行研究。
选用合适的螺旋桨,基于粘性流体理论,利用计算流体软件Fine/Marine开展螺旋桨敞水性能计算,将滑移网格法与多计算域法有效结合,研究仿蟹滑翔机器人与螺旋桨耦合作用下的自航性能进行研究,对其直航运动;预报加速到定常运动的整个过程。
为仿蟹滑翔机器人设计提供理论依据。
【总页数】6页(P51-56)
【作者】郑文声;王志东;谢鹏
【作者单位】江苏科技大学船舶与海洋工程学院;中国人民武装警察部队海警学院航海系
【正文语种】中文
【中图分类】TP242.6
【相关文献】
1.基于早龄期荷载及负温耦合作用下的仿钢纤维井壁混凝土性能的研究
2.考虑流固耦合作用桨毂形状对螺旋桨性能影响研究
3.基于流固耦合相互作用的复合材料螺旋桨性能研究
4.刚柔耦合在仿猫腿跳跃机器人中的功率放大作用
5.基于仿蟹刚柔耦合机构的搜救机器人设计
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仿生螃蟹报告
仿生螃蟹报告介绍本文将围绕仿生螃蟹展开，详细介绍它的特点、结构、行为以及应用领域。
仿生螃蟹指的是借鉴螃蟹的形态与特性，通过工程技术手段制造出来的一种机器装置。
1. 螃蟹的特点螃蟹是一种海洋生物，具有以下特点：•螯足：螃蟹的前两对脚发达成螯足，用于觅食、捕捉猎物、自卫等。
•外骨骼：螃蟹身体被硬壳保护，能够提供足够的抵抗力与保护。
•良好的机动性：螃蟹的身体结构使其具备较高的机动性，能够在水中自由行动。
2. 仿生螃蟹的结构设计仿生螃蟹的结构设计借鉴了螃蟹的特点，以实现其特定的功能。
主要包括以下几个方面：2.1 外骨骼材料仿生螃蟹的外骨骼多采用高强度材料制造，以提供足够的抵抗力与保护。
常见的材料包括金属合金和碳纤维复合材料等。
2.2 螯足设计仿生螃蟹的前两对脚也被设计成螯足，以实现各种功能，例如抓取、夹紧等。
螯足通常采用机械臂的设计原理，可以具备灵活的运动能力。
2.3 运动系统仿生螃蟹的运动系统包括多关节结构和驱动装置。
通过模拟螃蟹的关节运动，仿生螃蟹能够实现类似于螃蟹的步行方式。
3. 仿生螃蟹的行为模拟仿生螃蟹的行为模拟是实现其各项功能的关键。
通过对螃蟹行为的观察与研究，科学家们成功地将螃蟹的行为模式转化为工程应用。
3.1 趋光性螃蟹是趋光性动物，在光线的引导下能够对外界环境做出反应。
仿生螃蟹的行为模拟可以实现对光线的感知与反应。
3.2 集群行为螃蟹通常以集群的方式行动，仿生螃蟹的行为模拟可以实现多台螃蟹的协同工作，从而提高工作效率。
4. 仿生螃蟹的应用领域仿生螃蟹作为一种具备机动性和环境适应能力的机器装置，具有广泛的应用前景。
4.1 海洋勘探仿生螃蟹可以应用于海洋勘探任务，例如海底资源勘测、海洋生物观测等。
其机动性和良好的环境适应能力使其能够在复杂的海底环境中执行任务。
4.2 救援与灾害应对仿生螃蟹可以应用于救援与灾害应对任务，例如在灾难现场寻找被困人员、检测危险物质等。
其机动性和行为模拟能力可以帮助救援人员进行有效的救援行动。
多足仿生机械蟹步态仿真及样机研制的开题报告
多足仿生机械蟹步态仿真及样机研制的开题报告
一、研究背景
多足仿生机械是一种利用生物足具有优异机械特性的机器人，其步态仿真技术已经成为研究热点。
在仿生机器人领域，仿生蟹是一种常见的研究对象，其足部结构精
密且运动灵活，具有极高的运动效率和适应性。
鉴于此，本研究选取仿生蟹作为研究
对象，旨在利用其足部结构优化机械运动机能，设计一种新型多足仿生机械蟹，并进
行步态仿真及样机研制，实现仿生机器人在工业及生活领域的应用及推广。
二、研究内容
1. 多足仿生机械蟹步态仿真
基于运动学与动力学等理论，建立多足仿生机械蟹模型，探索机械蟹运动过程中的步态构成及参数变化规律，寻求最优步态方案。
运用Matlab等仿真软件，对机械蟹进行步态仿真，验证仿真结果的正确性。
同时，通过对仿生蟹足部结构的分析与仿真，对机械蟹足部进行结构优化，提高机械蟹的运动效率和适应性。
2. 多足仿生机械蟹样机研制
基于步态仿真结果，制作多足仿生机械蟹的样机，结合STM32等控制技术，实
现机械蟹的远程遥控及自主控制。
同时，对机械蟹的电力系统、机械结构等进行优化
改进，进一步提高机械蟹的运动效率和可靠性。
三、研究意义
本研究的主要意义在于：
1.提高多足仿生机械蟹的运动效率和适应性，拓展机械蟹在工业及生活领域的应用范围。
2.通过对仿生蟹结构及运动方式的研究，深入了解生物机体的机械运动机能，为生物仿生技术的研究提供新思路。
3.推进物联网及新一代信息技术在机器人领域的应用，为智能制造及智慧生活发展提供新的技术支撑。
仿生机器蟹开题报告
仿生机器蟹开题报告仿生机器蟹开题报告一、研究背景随着科技的不断进步，仿生机器人成为了一个备受关注的领域。
仿生机器人以生物学中的生物为原型，通过模仿其结构和功能来设计和制造机器人。
其中，仿生机器蟹作为一种具有独特结构和动作的机器人，引起了广泛的兴趣。
二、研究目的本研究的目的是设计和制造一种仿生机器蟹，通过模仿真实蟹类的结构和动作，实现机器蟹的运动和功能。
同时，通过对仿生机器蟹的研究，探索其在实际应用中的潜力和可能性。
三、研究方法1. 结构设计：根据真实蟹类的结构特点，设计和制造仿生机器蟹的外骨骼结构，包括头部、胸部和腹部。
同时，考虑到机器蟹的运动和稳定性，设计合适的关节和连接方式。
2. 动作模仿：通过观察和分析真实蟹类的动作，研究仿生机器蟹的运动方式和步态。
利用传感器和控制系统，实现机器蟹的运动控制和协调。
3. 功能实现：仿真真实蟹类的功能特点，研究和设计机器蟹的感知、定位和抓取能力。
通过激光雷达、摄像头和机械爪等设备，实现机器蟹的环境感知和操作能力。
四、研究内容1. 外骨骼结构设计：根据真实蟹类的外骨骼结构，设计和制造仿生机器蟹的外壳和关节。
通过材料选择和加工工艺，实现机器蟹的结构强度和灵活性。
2. 运动控制系统：通过传感器和控制算法，实现机器蟹的运动控制和协调。
研究机器蟹的步态和姿态控制，提高其运动稳定性和适应性。
3. 环境感知和操作能力：利用激光雷达、摄像头和机械爪等设备，实现机器蟹的环境感知和操作能力。
通过图像处理和机器学习算法，提高机器蟹的感知和抓取能力。
五、研究意义仿生机器蟹作为一种具有独特结构和动作的机器人，具有广泛的应用前景和研究意义。
首先，仿生机器蟹可以应用于海洋勘探和救援任务中，具有良好的适应性和机动性。
其次，仿生机器蟹可以用于工业生产和物流领域，实现自动化和智能化。
此外，仿生机器蟹还可以用于教育和娱乐领域，提供新颖的机器人体验。
六、研究计划1. 第一年：完成仿生机器蟹的外骨骼结构设计和制造，实现基本的运动控制和步态模仿。
多足仿生机器蟹结构设计及实验研究的开题报告
多足仿生机器蟹结构设计及实验研究的开题报告1. 研究背景多足仿生机器人是一种模仿生物的特点和机械动作的机器人。
它们使用复杂的多足系统来移动和执行任务。
随着机器人技术的发展，越来越多的多足机器人开始进入人们的视野，并在各种领域得到应用。
由于它们具有优良的适应性和灵活性，可以在复杂和变化多端的环境中工作，因此越来越多的人开始将多足机器人用于探索危险区域、进行救援行动以及执行工业任务等。
2. 研究目的为了提高多足机器人的运动能力和灵活性，本研究拟设计一种具有仿生学特征的多足机器蟹，并通过实验研究探究其运动特性及优化策略，为多足机器人的应用提供更好的支撑。
3. 研究内容本研究拟分为以下几个方面进行研究：(1) 多足机器蟹结构设计：通过分析仿生学特征，设计多足机器蟹的骨架结构，确定其关节结构、连接方式等设计参数。
(2) 多足机器蟹力学建模：利用静力学和动力学原理，建立多足机器蟹的力学模型，研究其不同支撑方式对支撑力和运动能力的影响。
(3) 多足机器蟹运动控制：设计多足机器蟹的运动策略和控制算法，实现其多种移动方式，如步行、爬行等。
(4) 实验研究：基于所设计的多足机器蟹实验平台，进行其运动特性及优化策略的实验研究，探究不同参数对其性能的影响，为进一步优化设计提供参考。
4. 研究方法(1) 文献资料收集法：通过对多足机器人、仿生学等相关领域文献的收集与阅读，了解多足机器蟹的工作原理、形态结构和控制方法等基础知识。
(2) 先进工具设计法：利用 SolidWorks 等计算机辅助工具进行多足机器蟹结构设计，通过建模和模拟技术验证和修改设计方案，并导出三维模型以进行后续制造和组装。
(3) 数学建模法：利用静力学和动力学原理，建立多足机器蟹的力学模型，利用MATLAB 等数学工具对其进行计算仿真，进一步引入优化算法实现运动控制。
(4) 实验研究法：利用所设计的多足机器蟹实验平台，进行其运动特性及优化策略的实验研究，通过控制参数、支撑方式等的调整，不断优化机器蟹的运动性能。
仿生机器蟹的设计方案
仿生机械螃蟹的设计机械创新设计专业：机械设计制造及自动化班级：07机制（2）班姓名：***学号：************仿生机器蟹的设计方案一、仿生机器蟹的原理方案构思和拟定螃蟹以其独特的横向行走方式而标新立异于动物界，从而备受注目。
我正是捕捉到这一点，与仿生机械的创新设计联系起来，拟定做一个具有仿生功能的机器蟹。
此机器蟹首先必须仿螃蟹的横向行走，即也必须使其大腿能够抬起，而小腿能够向大腿所指方向迈出，当其脚落地时能够抓住地面，通过运动带动整个身体向一侧行进。
联想到曲柄摇杆机构，利用其在曲柄旋转时摇杆在两个极限位置摆动这一特性，恰好仿似螃蟹小腿的摆动。
蟹有八条腿，我采用了八个经过改动后的曲柄摇杆机构来模拟。
行走时四条腿着地作为支撑，并抓地向后运动而另外四条腿抬起，向前运动，当抬起运动的四条腿伸到前面最远时着地，此时抓地的四条腿运动到向后的极限处并抬起。
以此循环往复，从而实现了蟹的横向行走。
蟹遇到障碍是可以转向的，但并不象其他动物一样能立即转开，而是不断的转动很小的角度，做一个类似弧线的运动。
采用两个电机不同向旋转带动两个曲柄摇杆系统运动，从而带动身体在纵向缓慢挪动。
蟹的两个前螯能够一张一合来夹起食物，我通过一个电机拉动仿生机器蟹的两个前螯以实现其收拢与张开。
二、仿生机器蟹的原理方案初定1. 仿生机器蟹的横向行走机构：用更改后的曲柄摇杆机构来模拟蟹腿，用两个电机分别控制八条腿，每个电机控制前或后的四条腿。
一条腿的设计简图为：仿蟹腿的机械原理其中大腿的根侧与电机都连在螃蟹的身体上，这样当电机带动曲柄（曲轴）转动时，大腿能实现向上摆动，即带动小腿离地。
而在大腿摆到下面时，小腿的脚可以抓住地面。
因电机始终在旋转，则摇杆与电机的相对摆动便使电机向指定的方向运动。
2、仿生机器蟹的转向机构：我采用两个电机不同时旋转带动两个曲轴系统的不同角度旋转，（1）：前面蟹脚移动一个步距Q，后面的蟹脚移动步距P，两个电机都是正向旋转时，Q和P是不相同的，可实现边行进边转向。
水下螃蟹机器人用途大吗
水下螃蟹机器人用途大吗水下螃蟹机器人是一种模仿螃蟹形态设计的水下机器人，它具备在水下环境中执行各种任务的能力。
它的用途非常广泛，可以在海洋科学研究、海洋资源开发、环境保护、水下救援等领域发挥重要作用。
以下将详细介绍水下螃蟹机器人的用途及其应用的优势。
首先，水下螃蟹机器人在海洋科学研究中的用途是非常重要的。
海洋是人类尚未完全开发和探索的领域，其中蕴含着庞大的生态体系和丰富的生命形态。
水下螃蟹机器人可以在海洋中收集样本、观测潜水动物行为、监测海洋环境等，为海洋科学家提供珍贵的数据和研究材料。
在水下考古学研究中，水下螃蟹机器人也可以用于探测和发掘沉船、沉没城市等水下遗址，帮助考古学家揭示人类历史的谜团。
其次，水下螃蟹机器人在海洋资源开发中具有重要意义。
海洋中蕴含着丰富的石油、天然气、矿产等资源，但是由于水深、高压、寒冷等因素，人类很难直接进行勘探和开发。
而水下螃蟹机器人可以替代人类进行水下勘探、钻探和开采工作，避免人员的安全风险，提高资源开发效率。
此外，水下螃蟹机器人还可以用于海底管线的维护和修复，解决了传统的人工维修方式无法达到的深水问题，节约了成本和时间。
第三，水下螃蟹机器人在环境保护方面具有巨大潜力。
海洋是地球上重要的自然资源库，保护海洋生态环境对于人类的可持续发展至关重要。
水下螃蟹机器人可以用于监测海洋生物多样性、水质污染等情况，及时发现和处理环境问题，保护海洋生态系统的平衡和稳定。
同时，水下螃蟹机器人还可以应用于清理海洋垃圾、拆除废弃平台等任务，减少海洋污染，修复受损生态系统。
另外，水下螃蟹机器人在水下救援中也有着重要的作用。
水下救援是一项高风险、复杂的任务，传统的救援方式受限于水深、水流等因素，往往效率低下。
而水下螃蟹机器人可以代替人类进行搜索和救援任务，具备较高的机动性和适应性，可以潜入深水，探测和救助被困人员。
此外，水下螃蟹机器人还可以用于水下管道事故的修复和处理，保障供水、排水等基础设施的正常运行。
科幻仿生螃蟹教案
科幻仿生螃蟹教案教案标题：科幻仿生螃蟹教案教案目标：1. 了解科幻仿生技术的基本概念和应用；2. 探索螃蟹的生物特征和仿生设计；3. 培养学生的创新思维和动手能力。
教学资源：1. PowerPoint演示文稿；2. 视频资源：关于科幻仿生技术和螃蟹的相关视频；3. 实验材料：纸板、剪刀、胶水、彩色纸等。
教学步骤：引入：1. 使用一段引人入胜的科幻仿生技术的视频或故事，激发学生对科技创新的兴趣，并引导学生思考科幻仿生技术的定义和应用领域。
探索螃蟹的生物特征：2. 展示一些关于螃蟹的图片和视频，引导学生观察和讨论螃蟹的生物特征，如外骨骼、钳子、多足等。
3. 分组让学生自主进行螃蟹生物特征的研究，使用图书馆或互联网资源查找更多关于螃蟹的信息，并记录下来。
科幻仿生设计：4. 使用PowerPoint演示文稿介绍科幻仿生技术与螃蟹的结合，例如使用仿生设计制作机器螃蟹。
5. 分组让学生进行科幻仿生螃蟹的设计，要求他们结合螃蟹的生物特征，设计出具有创新功能的仿生螃蟹模型。
学生可以使用纸板、剪刀、胶水等材料进行制作。
实践操作：6. 学生根据自己的设计图纸，使用实验材料进行仿生螃蟹模型的制作。
教师提供必要的指导和帮助。
7. 学生展示他们的仿生螃蟹模型，并解释其设计理念和功能。
讨论和总结：8. 引导学生进行小组讨论，分享他们的设计过程和经验，并讨论仿生螃蟹的潜在应用领域。
9. 教师总结本节课的学习内容，强调科幻仿生技术的重要性和创新思维的培养。
拓展活动：10. 鼓励学生进行更多的科幻仿生设计实践，可以设计其他仿生动物的模型，如仿生鸟、仿生鱼等，并进行展示和讨论。
评估方式：1. 学生的参与度和讨论质量；2. 学生的仿生螃蟹模型设计和制作完成度；3. 学生对科幻仿生技术和螃蟹生物特征的理解程度。
教学延伸：教师可以引导学生进一步研究科幻仿生技术的最新应用和发展趋势，鼓励他们进行更深入的创新设计和实践。
同时，可以组织学生参观科技创新展览或邀请相关专业人士进行讲座，拓宽学生的科学视野和创新思维。
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第38卷第7期 2017年7月哈尔滨工程大学学报Journal of Harbin Engineering University V o l.38 No. 7Jul.2017仿海蟹机器人自主游动性能研究王刚1，陈曦2，靳励行3，王海龙3，闫兴亚3，贾鹏3(1.哈尔滨工程大学水下机器人技术重点实验室，黑龙江哈尔滨150001;2.黑龙江工程学院机电工程学院，黑龙江哈尔滨150050; 3.哈尔滨工程大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150001)摘要：为了研究两栖仿生机器人，采用计算流体动力学（C F D)方法对双游泳足推进仿海蟹机器人自主游动机理进行研究。
建立仿海蟹机器人自主游动计算模型，以双桨协同步态为例对游泳足推进的仿海蟹机器人水动力性能进行了模拟，探讨了自主游动过程中运动学和力学参数的时间历程规律，分析了游泳足运动参数对自主游动速度和推进效率的影响，提取了三维流场结构，从涡动力学角度揭示了自主游动过程中水动力的产生机理。
搭建了自主游动实验平台，针对双桨协同步态和双桨交错步态两种推进形式进行了对比实验，验证了水动力学分析的正确性。
关键词：仿海蟹机器人；自主游动；双桨协同步态；水动力；游泳足D O I:10. 11990/jheu. 201607068网络出版地址：h t t p://w w w. cnki. net/kcms/detail/23. 1390. u.20170526. 1838. 008. html中图分类号:T P242. 6文献标志码:A文章编号=1006-7043(2017)07-107247Study of the free-swimming performance of a crab-like robotWANG Gang1 , CHEN Xi2 , JIN Lixing3 , WANG Hailong3 , YAN Xingya3, JIA Peng3(1. State K e y Laboratory of A u t o n o m o u s U n derwater Vehicle, Harbin Engineering University, Harbin 150001 ,C h i n a；2. College of Mechanical a n d Electrical Engineering, Heilongjiang Institute of T e c h n o l o g y,Harbin 150050,C h i n a；3. College of Mechanical a n d Electrical Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001,China)Abstract：In this research, the subsea free-swimming mechanism of a crab-like robot was studied using the computational fluid dynamics (CFD) method in order to research the amphibious bionic robots. First, a calculation model of the crab-like robot that considered the free-swimming mechanism and the synergic sculling gait was established. Furthermore, the hydrodynamic performance of the crab-like robot was investigated and the time histories of the kinematic and dynamic parameters of the robot during free swimming were discussed. Subsequently, the influences of the motion parameters of the swimming paddles on the velocity and propulsion efficiency of the robot were analyzed. According to the three-dimensional vortex structure, the hydrodynamic generation mechanism was revealed from the point of vortex dynamics. An experimental platform for the free-swimming mechanism of the crab-like robot was successfully established and comparison experiments to identify the differences between the synergic and alternate sculling gaits were conducted, verifying the accuracy of the numerical results.Keyw ords：crab-like robot；free swimming；synergic sculling gait ；hydrodynamic ；swimming paddle近年来，海洋的战略地位和价值越来越高，人们 对海洋的探索也越来越深人。
现有的螺旋桨推进以 其较大的推力和较好的稳定性已经被广泛应用于水 下推进器，但是螺旋桨推进系统体积庞大，能耗较 高，在推进过程中产生的涡量和噪声使其隐蔽性大 大降低，在浮游生物密布的海域，螺旋桨易损坏。
海收稿日期=2016 -07 -25. 网络出版日期=2017 -05 -26.基金项目：国家自然科学基金项目（51409058, 51305088);基础研究 项目（B242〇110014);黑龙江省博士后基金项目（L B H-Z15035);黑龙江省自然科学基金项目（E2016017,F201205).作者简介:王刚（1983 -),男，讲师，博士.通信作者：王刚，E-mail :wanggang@ hrbeu. edu. cn.洋生物翱翔于水中，具有良好的机动性和适应性，以此为基础的仿生推进作为一种新型的推进方式为水 下推进提供了一种新思路。
仿生推进按照仿生对象 的不同可以分为:仿鱼胸鲭/尾鲭推进、仿海龟水翼 推进、仿蛇类蜿蜒推进、仿乌贼喷射推进等[1<，这 些推进方式各有特色。
三疣梭子蟹栖息于浅滩环 境，经过长期的自然选择和进化，已经具备了优越的 两栖运动性能。
生物海蟹在水下不但能够通过步行 足爬行，还能够利用身体后侧的两条游泳足实现水 下浮游[6]。
水下推进方式的传统分析方法是将仿生机器人第7期王刚，等:仿海蟹机器人自主游动性能研究• 1073 •及其推进装置位置固定，将游动速度以相对速度的 方式施加给入口水流[7]。
由于仿生推进方式的机 器人游动速度往往是动态的，采用这种非自主游动 方式分析仿生推进并不能真实反映出机器人在推进 过程中的动力学性能，WU Chuijie通过研究发现鱼 体在非自主游动和自主游动时的水动力学性能并不 一致，因此这种方法不能正确反映机器人游动的流 场[8]。
本文将机器人机体及拍动装置的自由度释 放，随着拍动装置的运动，机器人的运动速度及姿态 实时变化，即“自主游动”[9]。
自主游动是机器人运 动学和水动力学耦合的过程。
国内外关于机器人自 主游动的研究较少，Carling[1°]和Kern[11]利用数值 计算的方法研究了鳗鱼的自主游动性能，Yang研究 了亚鰺科鱼的自主游动[12]。
在自主游动中，推进装 置的拍旋改变了周围的流场，产生了机器人驱动的 水动力，同时变化的流场也时刻反作用在机体和游 泳足上，影响机体的运动状态，并在二者的相互作用 下，最终达到平衡和稳定。
采用生物海蟹做为仿生原型提出了一种新型的 仿生推进方式:仿海蟹游泳足推进。
设计了仿海蟹 机器人样机，并对其水下自主游动性能进行了仿真 和实验研究，分析了仿海蟹机器人游动速度、姿态以 及能耗等运动状态参数与游泳足拍动规律的关系，得到了相关性能曲线，并对自主游动的流场进行了 研究。
1仿海蟹机器人样机及水下推进模型1.1海蟹生理特性研究及仿海蟹机器人建模三疣梭子蟹栖息于近海浅滩中，具有一对螯 足，三对步行足和一对游泳足，如图1所示，能够 以步行足进行水下和陆地爬行，以游泳足进行水 中浮游[6]。
游泳足分布在躯干后侧，作为水下游 动肢体，其末端扁平如桨，增大了拍水阻力，多个 关节串联的结构形式能够实现复杂的拍动规律，从而实现水下多姿态游动。
通过对生物海蟹生理 结构和运动规律的观察，经过简化和提取，设计了 具有足桨混合驱动功能的两栖仿海蟹机器人样机，如图2所示。
图1三疣梭子蟹仿生原型[6]Fig. 1 Bionic model of swimming crab (Portunus)[6]图2仿海蟹机器人样机Fig. 2 Prototype of crablike robot足桨混合驱动的两栖仿海蟹机器人具有三对步 行足和一对游泳足，其控制系统、电源系统及传感器 等安放于躯干中央的密封箱内，通过水密接头与外 部驱动器实现数据和能量的交互。
步行足是主要的 陆地运动单元，且为机器人的陆地运动提供足够的 支撑[13]。
游泳足是主要的水下推进单元，通过观察 发现，海蟹的游泳足虽然关节众多，但是对水下游动 起主要作用的是左右摇动、前后划动和上下拍动3个自由度;通过上述3个自由度以不同规律的耦 合运动，能够达到不同的推进效果，实现水下多姿态 游动，因此设计3自由度游泳足。
1.2水下浮游模型的建立及数值计算方法1.2. 1仿真模型及网格划分仿海蟹机器人在水下游动时，主要依靠位于机 器人后侧的游泳足拍动产生水动力，而步行足则收 敛在机体两侧以减小水阻，此时机器人水下浮游模• 1074 •哈尔滨工程大学学报第38卷型，如图3所示,图3仿海蟹机器人水下浮游模型Fig. 3 Subsea floating model of crablike robot在自主游动的数值计算中，步行足不起推进作 用且迎流面积较小，保留步行足会增加流场网格的 复杂性，因此将步行足省略，并将机体简化，提高计 算效率。