单关节尾鳍推进式仿生机器鱼的设计与研究_毕业设计论文

合集下载

机器鱼尾鳍运动学研究与控制系统设计

机器鱼尾鳍运动学研究与控制系统设计

中国海洋大学硕士学位论文机器鱼尾鳍运动学研究与控制系统设计姓名:***申请学位级别:硕士专业:信号与信息处理指导教师:***2003.6.1机器鱼尾鳍运动学研究与控制系统设计机器鱼尾鳍运动学研究与控制系统设计摘要利用仿生水中生物鱼类游动原理,可以制造出性能优良的水下推进系统,这种推进系统比现在所利用的螺旋桨在速度、机动性能和噪声方面更为出色。

本文对鱼类的游动机理和尾鳍运动学原理进行分析,提出利用尾鳍摆动轨迹研究机器鱼的运动学原理方法,设计并实现了一种三关节仿BCF<Bodyand/orCaudalFin身体加尾鳍)高效推进方式机器鱼模型(OuceFish-I),通过对机器鱼的姿态、运行轨迹进行控制和分析,并对机器鱼的实验结果做了分析,达到研究分析机器鱼的运动学原理的目的。

这些工作为将来的机器鱼研究奠定了基础。

全文分为以下几部分:第一部分,综述了机器鱼研究发展情况的现状,并对本文的主要工作进行了简单的介绍。

在第二部分里描述了鱼类游动机理和行为特征,并对本文为何选择BCF推进式鱼类作为仿生对象作了解释,并说明了尾鳍运动学参数和受力情况。

在第三部分,本文分析了鱼类尾鳍推力方程,说明了提高尾鳍摆动的振幅和频率可以提高尾鳍的前向推力。

机器鱼的模型建立是把理想的BCF推进式鱼类分为三个部分,分别是:前部刚性的身体,大展弦比的尾鳍和一个连接以上两部分的尾颈。

根据以上模型,本文给出了机器鱼在某个时间段匀速下机器鱼两关节尾鳍摆动轨迹方程。

第四和第五部分利用MCU(68HC908MR8)实现了对以上模型运动轨迹的实时操作控制,设计完成机器鱼模型(OuceFish-I),使机器鱼能利用两关节摆动薄片作为推进器游动。

第六部分通过机器鱼的自主游动实验,初步模拟了机器鱼利用尾鳍摆动推进前进,考察了实验条件下设定鱼的尾鳍摆动相关参数的情况下鱼的游动速度和尾鳍的摆动轨迹情况。

最后,第七部分概述了本文的主要成果,并提出了未来研究工作的着重点和方向。

制作仿生机器鱼范文

制作仿生机器鱼范文

制作仿生机器鱼范文随着科技的不断发展,人类创造了许多仿生机器人,其中之一就是仿生机器鱼。

仿生机器鱼通过模仿鱼类的游泳方式和外形,能够在水中自由游动并执行特定任务。

在本文中,将详细介绍制作仿生机器鱼的过程。

接下来,需要设计和制作机器鱼的外壳。

外壳一般由高强度的塑料材料制成,以确保机器鱼具有足够的稳定性和耐用性。

根据选定的外形,可以使用3D打印技术或传统的塑料制造技术来制作外壳。

在外壳中,需要安装电子设备和运动部件。

电子设备包括各种传感器和控制器,用于感知环境和控制机器鱼的运动。

运动部件一般包括电机和舵机,用于控制机器鱼的游动。

这些电子设备和运动部件需要精确安装和调试,确保机器鱼能够顺利运行。

为了使仿生机器鱼能够更好地模仿鱼类的游泳方式,还需要设计和制作鱼尾部分。

鱼尾通常由柔软的材料制成,例如薄膜或橡胶。

通过控制鱼尾的摆动,可以模拟鱼类的游动。

鱼尾的设计需要考虑到流体力学和动力学原理,以确保机器鱼能够稳定和高效地游动。

在安装完电子设备和运动部件之后,需要进行系统调试和测试。

通过程序编写和参数调整,可以使机器鱼具有预期的游动方式和功能。

在测试过程中,可以根据实际情况对机器鱼进行进一步的优化和改进。

当机器鱼设计和调试完成后,就可以进行实际的水中测试了。

在测试过程中,需要确保机器鱼能够稳定游动和执行特定任务。

如果机器鱼具有探测水质的功能,可以在实际水域中进行水质测试,并验证机器鱼的准确性和可靠性。

总结起来,制作仿生机器鱼是一个复杂而有挑战性的过程。

它需要深入理解鱼类的游泳方式和外形特征,需要掌握电子设备和机械制造的技术,还需要进行系统调试和测试。

然而,成功制作出仿生机器鱼的成果将为人类对水下环境的探索和研究提供新的手段和技术。

仿鱼尾鳍推进系统实验研究的开题报告

仿鱼尾鳍推进系统实验研究的开题报告

仿鱼尾鳍推进系统实验研究的开题报告【摘要】仿生学是一门逐渐兴起的科学,它将生物学现象、机理及结构等进行解剖和研究,并将其应用到工程技术领域。

鱼类游泳速度快、灵活,是人们仿生学研究的重点对象之一。

本文以仿鱼尾鳍的推进系统为研究对象,意在研究其行为特征及流场特性,揭示鱼尾鳍推进的原理,为生物仿生技术的研究提供参考。

【关键词】仿生学;鱼尾鳍;推进系统;流场特性【引言】仿生学研究最初是从人们对自然界中的生物科学研究中得到的启示开始的,例如鸟类的飞行、鱼类的游泳等现象,人们便想从这些生物的特征中汲取有益之处,并运用于各自的设计领域。

鱼类各种独特的游泳方式,决定了它们是模拟对象的优先选择之一,其中鱼尾鳍的推进系统最受关注,因为它的运动特点及流场特性有别于其他部位。

为了更好地揭示鱼尾鳍的推进机理,本文拟从仿生学角度入手,对其进行实验研究。

【研究目的和研究内容】研究目的:探究仿鱼尾鳍的推进系统的运动特性及流场特性,揭示其推进机理,为生物仿生技术的研究提供参考。

研究内容:本文将从以下几个方面进行研究:1.鱼尾鳍的结构及运动特点的介绍与分析。

2.仿鱼尾鳍的推进系统设计及制作。

3.仿鱼尾鳍推进实验的建立与参数的确定。

4.对仿鱼尾鳍推进实验的流场特性进行研究。

5.仿鱼尾鳍推进的原理分析。

【研究方法和技术路线】本文采用实验研究法和仿生学理论相结合的方法,主要实验设备为水槽、仿鱼尾鳍推进系统及相关的流量计、压力计等。

具体的研究技术路线如下:1.对鱼尾鳍的结构及运动特点进行调研,分析其运动规律及推进特点。

2.根据仿生学原理,设计仿鱼尾鳍推进系统,并进行制作。

3.建立仿鱼尾鳍推进实验模型,确定实验参数。

4.通过实验,获得仿鱼尾鳍推进系统的运动数据,使用相关的软件进行数据处理,得出流场特性。

5.分析仿鱼尾鳍推进的原理。

【预期研究成果】本文以仿鱼尾鳍的推进系统为研究对象,探究其行为特征及流场特性,揭示鱼尾鳍推进的原理。

预计取得如下研究成果:1.对仿鱼尾鳍推进系统进行研究,提出其推进原理。

一种仿生机器鱼的设计

一种仿生机器鱼的设计

EXCHANGE OF EXPERIENCE 经验交流摘要:目前,海洋、河流的污染状况日趋恶化,海洋、河流中污染物的情况随着时间的推移而变得更加严重。

论文设计一种仿生机器鱼,模仿鱼的游动,并搭建复杂自动控制系统,实现仿生机器鱼的自主游动、遥控游动和水体监测等功能。

本仿生机器鱼可以在水中长时间工作,提高工作效率,降低风险,而且可以监测水体质量。

关键词:仿生鱼;水下机器人;模块化;多传感器一、系统总体设计本作品设计一种仿生机器鱼,模仿鱼的游动,并搭建复杂控制系统等,实现机器鱼的自主游动、遥控游动和水体监测等功能。

控制方式上,仿生鱼上安装红外光电开关等传感器,搭载32通道舵机控制器,蓝牙信号控制舵机,可实现仿生鱼在水中的受控游动,根据视频传输实时画面来控制,以适应复杂的使用环境,加强其可靠性程度。

机体中部设置主控板及电源,背部设置充电接口,尾部设置三枚舵机来实现机体的驱动动力来源,机体两侧的鱼鳍控制机体的上浮下沉,背部鱼鳍由舵机控制机体的运动趋势方向,头部及腹部配置多功能模块搭载平台,以根据不同需求搭载不同模块。

本仿生鱼上承载无线数据传输装置等,可实现图像拍摄、采集,将收集到的数据信号传输到中央处理设备并做出避障等动作,以及检测水体质量等功能。

二、硬件系统(一)测距模块机器仿生鱼头部壳载有模块化云台,搭载测距模块[1],测距模块主要包括:电源电路、超声波发射单元、超声波接收单元、声音报警单元、单片机最小系统等。

(二)蓝牙控制模块蓝牙控制模块包括(如图1所示):电源电路、继电器、单片机最小系统等。

蓝牙模块搜索蓝牙地址并连接,单片机最小系统接收到信号后控制主机的舵机控制板,控制板调取相应的指令库文件,执行相应的动作组,从而控制机身的运动。

(三)遥控单元遥控单元由控制电路、操纵器、无线数字传输单元和遥控接收机组成[2]。

操纵器采取按键识别,将每个按键对应的遥控指令转换成编码信号,并通过单片机的串口发出。

无线数字传输单元主要完成指令编码信号的调频和高频功率放大,然后由发射天线对编码信号进行发送。

仿生机器鱼玩具的机构设计_仿真与实现

仿生机器鱼玩具的机构设计_仿真与实现
3.3 鱼类游动的运动学模型及特征参数 鱼类在动态游动过程中,按照波动推进理 论,通过身体的波动,身体波动的形式决定了鱼 的游动性能和游动效率。决定鱼类游动的波动方 式的最主要参数是鱼类身体中心线的波动方程。 研究人员对各种采用身体波和尾鳍推进方式的鱼类 进行了研究,发现这些鱼类的身体波曲线可以用 一个波动方程来表示:
4 ) 设计结果:结构、运动、控制数据等。
3. 仿生机器鱼的运动仿真
图 5(a)给出了一个基于鲹科鱼类设计的摆动 轮廓图。此设计方案中,关节数 n=4,摆动部占身 长比例 r=0.6,波长倍数 0.6 ,各关节长度比例 为 1:0.93:0.76:0.61,摆动的曲线方程为:ybody= [0.05x+0.09x2][sin(0.5x)],周期采样数 m=18。 其仿真游动效果见图 5(b)。
成的包络区域的面积,m 情况,存在等式约束与
不等式约束,我们选择混合罚函数法来进行参 数优化。
惩罚函数法通过构造惩罚函数把有约束优化 问题转换为无约束优化问题,采用坐标轮换等方 法实现对无约束优化问题的求解,实现对有约束 问题的参数优化。通过对关节结构尺寸的优化, 得到按照波动方程ybody(x,t)进行游动的仿生机器 鱼的最优一组结构尺寸参数。
参数。 3.5 设计实现 鱼类身体的摆动大体按照式(1)所表示的波
动 方 程 进 行 摆 动 ,由 于 机 器 鱼 是 由 多 个 僵 硬 的 连 杆 铰 接 组 成 ,为 实 现 波 动 运 动 ,每 个 关 节 点 必 须 在 理 论 曲 线 上 。关 节 点 对 理 论 曲 线 的 匹 配 过程如图 3。当前关节与前一关节的延长线在 连接处产生一个夹角,骨架的运动就是在驱 动电机带动下,通过改变夹角的值来产生运 动。
2. 仿生机器鱼的设计思想

仿生机器鱼的设计与控制方法研究

仿生机器鱼的设计与控制方法研究

仿生机器鱼的设计与控制方法研究摘要:仿生机器鱼是一种模仿鱼类运动方式和外形结构的智能机器人。

它具有良好的机动性和适应性,可应用于水下探索、水环境监测和救援等领域。

本文对仿生机器鱼的设计与控制方法进行了研究,包括机器鱼的结构参数选择、运动模型建立和控制策略设计。

1. 引言随着工业技术的不断进步和人类对水下领域的不断探索,仿生机器鱼作为一种新型的智能机器人逐渐受到关注。

仿生机器鱼以其类似鱼类的流线型外形和灵活的运动方式,能够在水下环境中进行高效的工作,具有广阔的应用前景。

2. 仿生机器鱼的结构设计2.1 外形结构仿生机器鱼的外形结构应该模仿真实鱼类的形态,以获得更好的机动性和适应性。

在设计时需要考虑鱼类生物学特征,并结合目标任务进行适当的优化。

常见的仿生机器鱼结构包括鱼头、鱼身和鱼尾三个部分,并且通常采用模块化设计,以方便维修和升级。

2.2 材料选择仿生机器鱼的材料选择需要具备一定的强度和柔韧性,能够承受水下环境的压力和扭曲。

一般采用水下耐腐蚀的材料,并根据需要进行防水处理和密封设计。

3. 仿生机器鱼的运动模型仿生机器鱼的运动模型是对其运动原理进行数学建模,以实现运动控制和路径规划等功能。

模型建立的关键在于准确描述仿生机器鱼的运动机制,并考虑水流、水压和机器鱼的物理特性等因素。

4. 仿生机器鱼的控制方法4.1 基于自主学习的控制方法基于自主学习的控制方法利用机器学习算法,通过对仿生机器鱼进行训练和学习,提高其感知和决策能力。

这种方法可以实现适应性控制,使机器鱼能够在不同环境下自主调整运动策略。

4.2 基于反馈控制的控制方法基于反馈控制的方法通过传感器获取机器鱼的状态信息,并根据设定的控制策略进行调整。

这种方法需要建立准确的控制模型,并进行实时的状态反馈和控制计算。

5. 仿生机器鱼的应用领域仿生机器鱼可以应用于水下探索、水环境监测和救援等领域。

在水下探索中,仿生机器鱼可以携带传感器进行海底地质勘测和海洋生物观察;在水环境监测中,仿生机器鱼可以监测水质、测量水流速度等参数;在救援领域,仿生机器鱼可以进行水下搜救和救援行动,提高救援效率。

仿生机械鱼研究新进展参考word

仿生机械鱼研究新进展参考word

“如果看到一只游动的鱼,你会想到什么?”如果有人问起这个问题,按照笔者的思维,准是会回答:“清蒸的的话会是非常的鲜美,红烧的的话口感应该会更加香。

”而带着同样的问题,笔者走进仿生机器鱼课题组,组员们给出的答案却超出了日常生活,他们的回答是:“看见尾鳍的一摆一动,勾起我们的是如何能进一步改进控制算法,在仿生鱼身上更完美地实现鱼类的波动推进方式。

”“用智能算法来理解鱼之乐”按预约的时间,笔者来到了仿生鱼课题组所在的办公室——自动化大厦9层906室。

课题组成员王硕研究员热情地将我们请到了十三层咖啡厅,点上一壶茶水,在茶叶的沉落之间,为我们一一讲述关于仿生机器鱼的话题。

仿生机器鱼的研究工作由复杂系统控制与管理国家重点实验室的谭民研究员组织和指导,多名研究员、副研究员和在读博士生、硕士生共同合作开展。

一边品茶,王硕一边回忆起课题组的情况。

顺着时间的脉络,他将课题组的情况进行了简要的回顾。

王硕告诉笔者:“仿生鱼作为课题组的研究内容,已经长达十余年之久。

最早是在2001年,谭民老师和北京航空航天大学王田苗教授交流时,谈到是否可以将研究所智能控制算法应用于工业设计中。

受其启发,课题组开始了仿生鱼的研究。

”2001年算是探索起步阶段,这一时期主要是对鱼类的跟踪模仿。

到2003年前后,课题组的研究进入到一个新的阶段:三维仿生运动阶段。

为了提高任务的环境适应性,需要机器鱼具有水中的三维运动能力,也就是需要机器鱼除了推进外还要能够上浮下潜,甚至维持某一深度。

课题组在已有多关节仿生机器鱼的基础上,总结设计了一种新型机器鱼,基于改变胸鳍攻角法,完成仿生机器鱼的俯仰和浮潜运动,设计的机器鱼既可实现俯仰和浮潜,响应迅速,动态特性好。

到2004年,课题组提出一种基于重心改变法的仿生机器鱼俯仰姿态与深度控制方法,用于实现机器鱼水中的浮潜运动。

据介绍,这种方法利用一种可调整位置的配重块结构,以改变机器鱼的重心位置,进而实现机器鱼俯仰姿态的调节。

仿生机器鱼的运动学参数及实验研究

仿生机器鱼的运动学参数及实验研究

近 年来 , 国内外 学 者对 海 洋 中游 动速 度 最 快 、
全 波 长 , 以尾 鳍 摆 动 产生 的侧 向力 和侧 向力 矩 所 就 不可 能 完 全 消除 , 将 使鱼 体 作 螺旋 运 动 。 种 它 这
附加运动必须消除 , 否则 这 种推 进 模 式 的优 越 性
效 率 最 高 的 鱼 类 的 游 动 机 理 进 行 了 大 量 的 研
刘 军考 陈 维 山 陈在 礼
摘 要 : 究 了尾 鳍 运 动 参 数 对推 进 速 度 的 影 响 , 行 了 2关 节 仿 生 机 器 研 进
鱼 与 单关 节尾 鳍摆 动 式 水 下推 进 器 的对 比 实验 , 出 了实验 结 果 。 实验 结 果 给

表 明 2关节 仿 生机 器鱼 比单 关 节尾 鳍摆 动 式 水 下推 进 器在 相 同 实验 条件 下
动 对 于 水 下 推 进 器 的设 计 而 言 具 有 很 重 要 的 意
向 前 游 动过 程 中尾 鳍 作 摆 动 与 平 动 的 复 合 运 动 ,
其摆 动 轨迹 近 似 正弦 曲线 。 游 动过 程 中 , 体 前 在 身 2 3部 分 几 乎 保 持 刚 性 , / 特别 明 显 的侧 向 位 移 仅 仅 发 生 在 尾 鳍 以及 尾 鳍 与 身 体 相 连 的狭 窄 区域 ( 颈 部 ) 其 良好 的 流线 型 身 体 可 以极 大 地 减 小 后 , 形 体 阻 力 , 鳍 产 生 超 过 9 的 推 进 力 见 匿 尾 O 1 但 是 , 此种 推进 模 式 中 , 。 在 由于 尾 鳍摆 动 过程 中 任 何 时 刻都 不 出现 类似 鳗鲡 目波 动 推进 模式 中 的
维普资讯
中国机械 工程第 1 3卷 第 1 6期 2 0 0 2年 8月下 半 月

机器鱼论文

机器鱼论文

仿生机器鱼国内外研究现状及分析摘要:介绍了鱼类推进模式的分类及特点,分析了仿生机器鱼的特点。

介绍了国内外仿生机器鱼研制的成果和现状,在此基础上分析了仿生机器鱼研究面临的几个主要问题。

关键词:机器鱼;推进模式;升潜模式;现状引言长期生活在水下的鱼类,经过多年的进化,形成了十分完备的游动性能和器官。

水下推进器的设计目标希望具有效率高、速度快、灵活性好等优点,而鱼类游动恰好具有这些优点,从而在世界范围内兴起了仿生机器鱼研究的热潮。

由于其具有的特点,从而在军事等各个方面都有广泛的发展前景。

1)要求作业时间长、范围大,但本身承载能力或承载空间有限、不能加载太多能源的场合;2)要求机动性能高的场合,如管道检测,管道内部结构复杂,采用微小型机器鱼可较好地完成作业任务;3)海洋生物观察.常规螺旋桨推进器噪声大,对环境的扰动大,使水下运动装置很难接近所要观察的海洋生物,采用微小型机器鱼有望解决这一问题;4)海底勘探及海洋救捞等。

采用仿生推进方式可以容易地进入环境复杂的海洋空间,如沉船内部,珊瑚礁群,完成常规潜器所不能完成的作业任务;5)军用方面。

由于机器鱼噪声低、对环境扰动小、不易被声纳发现、易于隐蔽,它不仅为人们研制新型高效、低噪声、机动灵活的柔性潜艇提供了新的思路,而且可直接进行水下侦察,发现敌方雷区,跟踪及摧毁敌方潜艇。

鉴于仿生机器鱼的诸多优点,国内外学者越来越重视新型仿生机器鱼的研究与开发,取得了很多阶段性的成果,设计了各种各样的机器鱼样机,机器鱼的理论和实验研究已渐显规模。

1、仿生机器鱼的分类及特点1.1、鱼类推进模式分类1)喷射式。

乌贼、鱿鱼、水母等依靠身体躯干的特殊构造,它们由身体内部的特殊部位向后挤压水流产生后向推力,利用动量守恒定理向前推进。

2)鳗鲡模式。

即鳗行式,如鳗鱼、水蛇等,如图1所示,它们的游动犹如正弦波形的前进一样,把身体当作推进器,用从头到尾波动身体来游动。

3)醪科模式。

波动主要集中在身体后2/3部分,推进力主要由具有一定刚度的尾鳍产生,推进速度和推进效率较鳗鲡模式高,在速度、加速度和可控性三者之间有最好的平衡。

二自由度胸尾鳍协同推进仿生机器鱼运动控制研究

二自由度胸尾鳍协同推进仿生机器鱼运动控制研究

二自由度胸尾鳍协同推进仿生机器鱼运动控制研究二自由度胸尾鳍协同推进仿生机器鱼运动控制研究摘要:本文针对胸尾鳍协同推进的仿生机器鱼进行运动控制研究,通过建立二自由度胸尾鳍模型,分析鳍运动机理,探索协同推进策略,提出运动控制方案,并通过数值仿真验证其有效性。

研究结果表明,该控制方案能够实现机器鱼在水中自由移动、旋转和机动转弯等各种动作。

一、引言随着科技的不断进步和社会的快速发展,仿生机器鱼的研究日趋活跃。

仿生机器鱼的运动控制是其最核心的研究内容之一。

传统的仿生机器鱼运动控制方法大多是基于单一驱动机构的设计,但这种设计在实现多自由度、灵活性较高的运动时存在一定的局限性。

因此,本文研究了二自由度胸尾鳍协同推进的仿生机器鱼运动控制方法,以期提出一种更加有效和灵活的控制方案。

二、二自由度胸尾鳍模型建立本文首先建立了二自由度胸尾鳍模型,将机器鱼的胸鳍和尾鳍作为两个独立的自由度。

通过对胸鳍和尾鳍的结构特点进行分析,建立了它们相互之间的运动关系。

三、鳍运动机理分析为了深入了解胸尾鳍的运动特性,本文对鳍的运动机理进行了分析。

通过理论推导和数值模拟,得到了鳍运动与机器鱼推进能力之间的关系。

同时,还研究了鳍的波形、频率和幅度等参数对机器鱼运动性能的影响。

四、协同推进策略研究基于对胸尾鳍运动机理的分析,本文提出了一种协同推进策略。

该策略通过对胸鳍和尾鳍控制信号的调节,使得二者在运动上保持一定的同步性和协调性,从而实现机器鱼的协同推进。

五、运动控制方案设计根据协同推进策略,本文设计了一种鳍运动控制方案。

该方案通过调节胸鳍和尾鳍的运动轨迹和频率,实现机器鱼的各种运动模式,包括直线运动、转向、机动转弯等。

同时,为了提高机器鱼的运动灵活性,还引入了反馈控制和优化算法等技术手段。

六、数值仿真验证为了验证运动控制方案的有效性,本文进行了数值仿真实验。

通过建立仿真模型和搭建仿真平台,对运动控制方案进行了测试和评估。

实验结果表明,该方案能够有效实现机器鱼在水中的自由移动、旋转和机动转弯等动作,并且具有较好的稳定性和鲁棒性。

仿生鱼单边推力大小

仿生鱼单边推力大小

仿生鱼单边推力大小仿生鱼单边推力大小:探索水下机器人推进力的设计与优化引言人类一直以来对于海洋的探索都极具兴趣,而水下机器人的发展为我们带来了更多的可能性。

仿生鱼作为一种水下机器人,仿效鱼类的运动方式,其单边推力大小对于其运动效能至关重要。

在本文中,我们将探讨仿生鱼单边推力大小的设计与优化,以期更好地理解并应用于实际情境。

一、了解仿生鱼单边推力大小的意义仿生鱼单边推力大小的设计与优化是基于鱼类的游泳方式,通过分析鱼体的运动特征和流体力学的原理,可以更好地改进水下机器人的运动效果和能耗控制。

仿生鱼单边推力大小的合理设置可以降低机器人在水下环境中的运动阻力,提高其速度和敏捷度,进而提升机器人在探测、研究和救援等任务中的表现。

二、探索仿生鱼单边推力大小的设计原则1. 流体力学原理:仿生鱼通过尾鳍的振动产生推力,在设计仿生鱼单边推力大小时,需要考虑流体力学的原理。

流体力学研究了流体运动的规律,其中Reynolds数是一个重要参数,它表征流体在运动过程中惯性力和黏性力的相对大小。

在仿生鱼单边推力大小的设计中,需要根据具体情况确定Reynolds数的取值范围,以实现最佳的运动效果。

2. 振动频率与振幅:仿生鱼尾鳍的振动频率和振幅对其行进速度和推进力大小有着直接的影响。

较高的振动频率可以提高推进力,但也对能耗造成一定的压力,因此需在推力大小和能耗之间进行权衡。

振幅的大小也会影响推进力的大小,过大或过小的振幅都不利于推进力的产生,需要通过实验和模拟进行优化。

3. 液压系统与阻力减小:仿生鱼单边推力大小的设计还涉及到液压系统和减小水下阻力的考量。

合理设计液压系统可以提高推进力的输出效果,有效减小能量损耗。

在设计仿生鱼的外形时,可以通过减小阻力系数、优化流线型等方式降低水下阻力,进一步提高机器人的运动效率。

三、优化仿生鱼单边推力大小的方法1. 数值模拟与实验:通过数值模拟和实验方法可以对仿生鱼单边推力大小进行优化。

单关节尾鳍推进式仿生机器鱼的设计与研究_毕业设计论文

单关节尾鳍推进式仿生机器鱼的设计与研究_毕业设计论文

毕业设计(论文)单关节尾鳍推进式仿生机器鱼的设计与研究学院名称机械工程及自动化学院专业名称机械制造学生姓名指导教师北京航空航天大学本科生毕业设计(论文)任务书Ⅰ、毕业设计(论文)题目:单关节尾鳍推进式仿生机器鱼的设计与研究Ⅱ、毕业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求:单关节尾鳍推进式仿生机器鱼是由电机、舵机及其控制部分组成的机电一体化仿生设备。

1.功能指标:(1)完成前进、左右转弯和上浮下潜;(2)用遥控器控制,三档调速;(3)电池可充电。

2. 性能指标:(1)体积:300mm×100mm×150mm;(2)最大前进速度200mm/s;(3)最大下潜深度500mm;(4)续航能力2h;(5)转弯半径≤400mm。

Ⅲ、毕业设计(论文)工作内容:1、了解国内外仿生机器鱼的研究现状,完成调研报告。

2、进行市场调研,完成电机、电池、舵机、遥控器等部件的选型。

3、对机器鱼各功能单元进行划分和设计,完成机器鱼机械结构的三维建模。

4、完成需加工零件的二维图纸,并完成零部件加工。

5、零部件装配,调试及测试。

6、完成多种尾鳍外形、多种频率的驱动效率的实验研究。

Ⅳ、主要参考资料:[1]于凯.仿鱼推进的实验研究[J].华中科技大学学报,2007, 35(11):117-121.[2]刘军考,陈在礼.水下机器人新型仿鱼鳍推进器[J].机器人,2000,22(5):427-432 .[3]梁建宏.水下仿生机器鱼的研究进展I——鱼类推进机理[J].机器人ROBOT,2002,24(2):107-112.[4] 梁建宏.水下仿生机器鱼的研究进展II——小型实验机器鱼的研制[J].机器人ROBOT,2002,24(3):234-239.机械工程及自动化学院(系)机械制造专业类班学生毕业设计(论文)时间:2013 年3 月4日至2013 年6 月11 日答辩时间:年月日成绩:指导教师:兼职教师或答疑教师(并指出所负责部分):系(教研室)主任(签字):注:任务书应该附在已完成的毕业设计(论文)的首页。

仿生机器鱼的设计与控制

仿生机器鱼的设计与控制

仿生机器鱼的设计与控制第一章引言随着科技与工业的不断发展,生物仿生学逐渐成为了人们研究和开发的一个全新领域。

其中的仿生机器鱼是一种充满活力的智能机器人,它可以在水中像真正的鱼类一样自由自在的游动,成为了海洋工程、水下探测等领域的一种极具发展前景的智能装备。

本文将对仿生机器鱼的设计与控制进行深入研究。

第二章仿生机器鱼的设计2.1 仿生机器鱼的基本构造仿生机器鱼通常由几部分组成:尾鳍、背鳍、舵机、电池、控制板、水泵等。

其中,尾鳍是仿生机器鱼的关键部位,负责产生推进力,具有一定的弯曲和摆动能力。

背鳍是辅助产生稳定航行的结构,其摆动范围相对较小。

舵机主要用于控制尾鳍的运动,而控制板则负责接收指令并控制舵机、水泵等零部件的工作。

电池则为整个机器鱼提供能源。

2.2 仿生机器鱼材料的选择仿生机器鱼的材料选择对于其造型、机能以及寿命有着直接的影响。

欧洲研究人员曾使用电子芯片、橡胶及化学制品等材料制作出焊接的仿生鲟鱼,而美国的研究人员则在仿生鱼身上涂上柔软的电子皮肤,使其能够感受到水中的震动和水流的变化。

因此,正确选择材料将有利于提高仿生机器鱼的仿真度,从而增加其稳定性和寿命。

2.3 仿生机器鱼设计中的仿生原理仿生机器鱼的设计理论是以仿生学的生物学原理和机电工程学原理为基础的。

通过生物学原理对鱼类特点进行分析,如鱼类的外形结构、水下行动状态及其摆尾等,然后将这些特点结合机电工程学原理得出仿生机器鱼的设计方案。

第三章仿生机器鱼的控制3.1 仿生机器鱼的控制方法常见的仿生机器鱼控制方法有两种:一种是基于程序的控制,另一种是基于模拟神经网络的控制。

基于程序的控制是仿生机器鱼最基本的控制方式。

通过编写程序来实现仿生机器鱼的控制和运动。

而基于模拟神经网络的控制,则是采用类似于生物神经网络的结构来模拟仿生机器鱼的运动,以此来实现仿生机器鱼在水中的自主导航和智能控制。

3.2 仿生机器鱼控制的关键技术仿生机器鱼控制的关键技术包括控制算法、传感器、执行器、微型密码锁存器、模拟神经网络等。

一种新型仿生机器鱼的机构设计与执行(翻译)

一种新型仿生机器鱼的机构设计与执行(翻译)

一种新型仿生机器鱼的机构设计与执行摘要本文引入了一种机器鱼的机构设计方法。

基于这种方法,设计一种带有胸鳍和尾鳍的自主三维运动机器鱼。

胸鳍是三自由度机器,使得机器鱼能够通过控制两个胸鳍来实现偏航和纵向运动。

而尾鳍机构设计是基于拟合机器鱼波状与运动曲线。

向前的速度可以通过改变尾部机构摆动频率来实现。

最后给定机器鱼的物理执行机构和实验结果。

关键字:仿生,鱼体波形,机械,机器鱼,胸部,尾部0.介绍许多机器人概念的设计源于自然界,因为自然选择已使得生物对环境有很好的适应性。

一个典型的例子就是鱼推进机理的研究,这个研究可以提高水下航行器的性能。

不同于传统的螺旋桨推进的水下航行器,鱼依赖于鳍和尾部的运动来提供向前的推力。

对于真实鱼科学研究发现,这种推进方式能产生更高效率的推力并且产生的噪声很小。

受这种发现的激发,许多学者已经开始致力于研究机器鱼,以具有高速和操纵性良好的小型水下航行器的发展提供更多的线索。

先前有关机器鱼发展的努力工作可以追溯到1991年robotuna的triantafyliou等人的著作。

装有柔性尾部和上下摆动薄片(尾鳍)的机构能够产生额外的流体动力以产生推力,robotuna得出了这种方式的许多优点,包括能源的节约和长任务持续时间。

在这个成功的例子之后,许多机器鱼被研究用于不同的目的。

为了证实鱼胸鳍的作用,kato在1995年制作了“黑鲈鱼”号,这条“鱼”配备了胸鳍状机构。

实验结果表明波状运动和一对胸鳍的引导共同决定了向前,向后,悬停和旋转运动。

在2003年,Guo等人呈现了一种类似鱼的水下微型机器人的原型。

这种机器人有两个独立控制的尾鳍,一个体姿态调整器和一个浮力调整器。

为了认识三自由度的游动,一种离子控制聚合体薄膜激励被利用来作为伺服激励。

在2004年,koichi设计了一种机器鱼的原型。

它的体长大概600mm并且它带有三个铰链连接的尾部,这些铰链的运动是通过两个带有初始链接结构的补助马达间接变速装置来激励的。

仿生机器鱼的设计与优化

仿生机器鱼的设计与优化

仿生机器鱼的设计与优化一、绪论随着工业化和人口的不断增长,对水产资源的需求也越来越大。

因此,为了更好地满足人们对水产品的需求,加强水产养殖也成为了我们摆在面前的任务之一。

而仿生机器鱼技术的应用,为水产养殖行业注入了新的活力。

二、仿生技术的基本原理仿生技术是一种模仿自然生物形态和机理,进行人工设计和制造的技术。

其基本原理是通过对自然界生物形态、生理机能等进行深入研究,提取其中的优秀特征,应用到工程设计中,达到优化设计的目的。

三、仿生机器鱼的设计及其作用1、仿生机器鱼的设计仿生机器鱼是一种通过仿生技术制造的机器鱼,在外形、运动和色彩方面与真实鱼类相似。

其设计基本包括机器鱼的外形设计、内部结构设计以及运动特点的刻画等部分。

在这个过程中需要对如何提高其智能化、适应不同环境等方面进行研究。

2、仿生机器鱼的作用仿生机器鱼的应用主要体现在以下几个方面:(1)水产养殖:将仿生机器鱼投入到具有相同水环境的水产养殖中,可以模拟真实鱼类的生长环境,从而提高水产养殖效率和产量。

(2)水下监测:在水下环境中,通过仿生机器鱼的运动、采样和研究分析等功能,可以监测河流、湖泊等水域的水质状况、鱼类生态及种群数量等信息。

(3)水下探测:仿生机器鱼可以拥有类似于真实鱼类的敏锐感官,可以更好地进行水下搜索、侦查及行动。

四、仿生机器鱼的优化及其应用1、仿生机器鱼的优化仿生机器鱼设计的优化需要关注以下几个方面:(1)机器鱼的形态优化:改善外形设计会直接影响到机器鱼的运动性能。

为了达到更好的性能指标,必须对机器鱼的外形进行优化改造。

(2)机器鱼的动力优化:机器鱼动力与能源的优化是提高其泳速和续航能力的关键。

可以通过优化驱动系统、减轻机器鱼的质量等措施来提高动力效率。

(3)机器鱼的感知优化:仿生机器鱼的感知系统直接影响到其水下行动和任务完成情况,特别是对于水下探测和监测功能来说,感知系统的优化显得尤为重要。

2、仿生机器鱼的应用(1)水产养殖领域中,仿生机器鱼作为一种智能化养殖技术,通过对水环境进行模拟,可以改善水产养殖业的发展状况。

尾鳍推进仿生机器鱼速度优化

尾鳍推进仿生机器鱼速度优化

尾鳍推进仿生机器鱼速度优化葛立明;李宗刚【摘要】尾鳍摆动幅值和频率是影响尾鳍推进仿生机器鱼游动速度的重要因素,为提高此类机器鱼的游动速度,设计了一种具有快速摆动能力的新型机器鱼尾部推进机构.在此基础上,首先分别分析了尾鳍形状、尾鳍柔性以及尾鳍摆动频率等参数对仿生机器鱼推进性能的影响;进而分别在相同摆动频率以及相同功率消耗的条件下对8种不同尾鳍的推进速度进行了比较.实验结果表明:在平均消耗功率20 W的条件下,展弦比为4.2、鳍条碳棒直径为0.7mm的月牙形尾鳍推进速度最快,其推进速度可达730 mm/s,约为2.2倍体长/s.【期刊名称】《兰州交通大学学报》【年(卷),期】2016(035)003【总页数】6页(P18-23)【关键词】机器鱼;摆动机构;尾鳍推进;游动速度【作者】葛立明;李宗刚【作者单位】兰州交通大学机电工程学院,甘肃兰州 730070;兰州交通大学机电工程学院,甘肃兰州 730070【正文语种】中文【中图分类】TP242.3由于水下仿生机器人在海洋生物观测、水环境监测,水中搜救、军事侦查等领域具有重要的应用前景,因此成为机器人研究领域的热点之一,其中身体/尾鳍推进模式(body and/or caudal fin,BCF)鱼类因其卓越的水下运动能力,成为仿生的重点之一[1-7].根据柔性摆动部分占身体总长的比例不同,BCF模式鱼类可细分为鳗鲡科、亚鲹科、鲹科和鲔科等4种模式[8].其中,鳗鲡模式鱼类通过全部体长的波动产生推进力,机动性能最好,但游动速度较低;鲹科和鲔科鱼类由尾部1/3~2/3体长的摆动提供推进力,游动效率高,速度快,适合长时间巡游,但机动性能相对较差.研究表明,鲹科/亚鲹科、鲔科鱼类稳定游动时的摆动频率范围分别为3.82~6.57 Hz和4.57~7.03 Hz,摆动幅度变化不大[9].高速状态下,鲔科鱼类的游速可达8.2倍体长/s,摆动频率高达14.5 Hz[10].与鱼类的这种高效游动相比,现有通过采用舵机或直流电机实现尾部周期性往复摆动推进的仿生机器鱼尾部摆动频率只有2~4 Hz,远远低于自然界鱼类的最大摆动频率[4,6,11-12].为此,设计具有快速摆动功能的尾鳍推进装置,对于提高仿生机器鱼的游动速度具有重要意义.本文以金枪鱼为仿生对象,以提高尾鳍摆动频率为目标,设计一种新的单关节身体/尾鳍推进机构.研究尾鳍快速摆动频率、尾鳍形状等因素与机器鱼游动速度之间的关系,优化出一种能够实现快速游动的运动学参数集,为进一步研制具有快速游动能力的仿生机器鱼奠定基础.生物学研究表明,金枪鱼在高速游动过程中,处于高速摆动的身体/尾鳍部分占体长的1/3,摆动幅度(单侧)约为体长的0.1~0.12倍[13].以此为依据,设计了一款由直流电机驱动的单关节身体/尾鳍推进机构,如图1所示.由图1可见,直流电机的旋转运动依此通过偏心、框架、尾部输出杆转化为尾鳍周期性往复摆动,实现仿生机器鱼的推进.其特点是直流电机转动一圈,尾部输出杆摆动一个周期;同时尾部摆动最大角度保持不变[14].进而根据形态仿生的减阻要求,完成了仿生机器鱼的整体设计,其中鱼体壳体、单关节身体、尾鳍分别采用玻璃钢、橡胶蒙皮以及柔性橡胶制作,如图2所示.所设计仿生机器鱼机构参数如表1所列.本小节确定所设计仿生机器鱼的尾部摆动规律,首先以尾部输出杆的转轴为原点o,以鱼体指向鱼尾的方向为横轴x,以垂直鱼体指向鱼体右侧的方向为纵轴y建立坐标系,如图3所示.设偏心轮的偏心距为e,框架顶部中心点与原点o的距离为s,与纵轴的距离为d,尾部输出杆与横轴的夹角为θ.令:ω=(2πn/60)rad/s为电机转动的角速度,n为电机转速,r/min.则由图3可知: 对于单关节身体/尾鳍推进的仿生机器鱼,影响其游动性能的主要运动学参数包括摆动频率、摆动幅值、尾鳍形状和柔性、身体外形等[15-17].由图4可知,所设计仿生机器鱼具有固定的摆动幅值,本节分别针对尾部摆动频率、尾鳍形状及柔性对游动速度的影响进行分析.鱼类的尾鳍在游动过程中起着非常重要的作用,在亿万年的进化过程中,不同鱼类获得了具有不同形状和柔性的尾鳍.通常情况下,采用尾鳍展长与面积之比作为尾鳍形状的度量,称之为展弦比.对应于所设计仿生机器鱼,其展长为140 mm,展弦比分别为2.3、3.4、3.6、4.2及6.3时的尾鳍形状如图5所示.由图5可见,随着展弦比的增大,尾鳍形状向月牙尾变化,这也与自然界的观察相吻合.作为游动速度最快的鱼类之一,金枪鱼进化出了纺锤形的外形和月牙形尾鳍,然而研究结果表明,具有月牙形尾鳍的仿生金枪鱼并不一定能够获得最好的推进效率.鉴于此,本文设计了8种不同形状和柔性的尾鳍进行试验,如图6所示.其中A,B,C,D2 nnm,E等五种尾鳍的展长与展弦比大小与图5所示尾鳍一一对应,且均采用直径为2 mm的碳棒作为尾鳍鳍条,模拟尾鳍柔性不变的情形;D1 mm,D0.7 mm等两种尾鳍与D2 mm具有相同展长与展弦比,只是鳍条分别用1 mm 及0.7 mm碳棒制成,以模拟尾鳍的不同柔性.其中,鳍条碳棒直径越小,所对应尾鳍柔性越大;最后一种尾鳍Dh为不等鳍,为D0.7 mm尾鳍的一半.在实验中,前5种尾鳍主要用于验证不同展弦比、相同柔性的尾鳍对游动性能的影响;D2mm,D1 mm,D0.7 mm等3种尾鳍主要用于验证具有相同展长和展弦比、柔性不同的尾鳍与游动速度之间的关系;不等鳍Dh用于与等鳍推进性能进行对比.针对上述每种尾鳍,分别测定其在不同摆动频率和不同功率消耗时的游动速度,以确定所设计仿生机器鱼的最佳尾部推进方式.其中,仿生机器鱼功率消耗通过测定供电电缆两端电压与通过电流获得.实验中,分别在6 V,8 V,10 V,12 V,15V等5个不同供电电压下,测量相应的电流波动最大及最小值,两者之和的一半作为平均电流,从而获得该电压水平下的平均功率消耗;与此同时,利用尾鳍周期性摆动时,其角速度的周期性变化引起通过直流电机的电流以相同规律周期性变化,由于线缆电阻的存在进而导致电机两端加载电压也呈现周期性小幅波动这一事实,通过测定直流电机两端电压变化规律获得尾部推进机构摆动频率.实验中所采用测量系统的界面如图7所示.图7中示波器显示的基波频率即为电压波动频率,则机器鱼摆动频率为机器鱼摆动频率基波频率电压波动频率.由于实验场地为3 m×2 m×0.3 m的小水池,仿生机器鱼左至右无法达到最大速度,如图8所示.为克服这一困难,通过在实验水池中央固定一根转轴,通过一根很细的牵引线将机器鱼与转轴连接在一起,供电电缆由水池正上方进行供电.此时,机器鱼将以水池中央为圆心,以细线长度为半径做圆周运动.由于牵引线仅为机器鱼的向心力,并不影响机器鱼的切向游动速度,因此可以通过记录机器鱼游动的圈数以及所花费的时间而测得其最大游动速度.在实验中,取稳定游动5圈的平均速度为机器鱼在某一电压下的游动速度.在第2小节所述实验条件下,分别对8种实验尾鳍在5种供电电压之下的游动性能进行测试,遴选出功率消耗合理、游动速度较快的尾鳍.首先,针对图6所示A,B,C,D2 mm,E等5种具有相同柔性的尾鳍,实验测定展弦比变化对游速的影响,图9所示为摆动频率与游速之间的关系.由图9可见,在供电电压不变的情况下,采用同一尾鳍的机器鱼游动速度随着摆动频率的增大而加快;而在同一摆动频率下,尾端呈双凹形的尾鳍B具有最高的游动速度,具有最大展弦比的尾鳍E所对应的游速最低.各尾鳍的平均功率消耗曲线如图10所示.由图10可知,对于同一种尾鳍,游动速度的上升必然伴随着平均功率消耗的增加,相同功率消耗的条件下,A,B,C,D2 mm等4种尾鳍的游速随着展弦比的增大而增大;但通过对D2 mm和E两种尾鳍的对比实验可以发现,展弦比大小超过一定阈值时,相同功耗下具有大展弦比的尾部推进装置所获得的游速反而会下降.此外,通过对电压相同标记点所对应功率消耗的比较,可以看出随着展弦比的增大,同一电压下机器鱼平均功率消耗逐渐减小.由此可见,当尾鳍展弦比大小与D2mm尾鳍接近时,功率消耗和游动速度可取得很好的平衡.由于尾鳍B较D2 mm尾鳍具有更大的功率消耗,因而予以排除.综上,选择D2 mm尾鳍作为高速游动的备用尾鳍,在此基础上进行优化.其次,针对具有相同展弦比但柔性不同的3种尾鳍D2 mm,D1 mm,D0.7 mm 进行游速性能测试.图11所示为机器鱼游动速度与3种尾鳍摆动频率之间的关系.由图11可知,对于每一种尾鳍,机器鱼游速均随尾鳍摆动频率的增大而加快;在同一摆动频率下,尾鳍柔性不同,即鳍条碳棒直径不同,则机器鱼的游动速度也不同,且速度差异随摆动频率的增大而变得更加明显,但并不存在正相关关系.图12所示为3种尾鳍平均功率消耗与机器鱼游动速度之间的关系.由图12可知,相同功耗条件下,VD2 mm<VD1 mm<VD0.7 mm,即随着尾鳍柔性的增加,机器鱼维持同一游动速度所需平均功率消耗是依次递减.此外,由每个电压采样点可以看出,尾鳍柔性越大,尾部的摆动频率也越大.综上可知,增加尾鳍的柔性具有降低功耗、提高摆动频率的作用.据此,选择D0.7 mm尾鳍作为进一步优化尾鳍.最后,将D0.7 mm尾鳍与具有相同柔性但不对称的尾鳍Dh进行游速实验,结果如图13和图14所示.易知,采用非对称尾鳍Dh机器鱼的游速并没有采用D0.7 mm尾鳍的机器鱼游速效果好.需要指出的是,当采用Dh尾鳍的机器鱼在游动速度加快后尾部会出现翘起的现象,这与对采用该种尾鳍的负浮力软骨鱼类的观测结果相一致[18].综上可知,D0.7 mm尾鳍即为能够满足需要的尾鳍.由图13可知,在摆动频率为12 Hz时,其游速可达730 mm/s,约为2.2倍体长/s.图14表明,相应的平均功率消耗为20 W.本文设计了一种单关节身体/尾鳍推进仿生机器鱼,其尾部推进机构为改进的正弦机构,能够将直线电机的旋转运动转化为尾部的周期性高速摆动,实现了对仿生机器鱼的高速推进.通过对8种展长相同,展弦比或尾鳍柔性不同的尾鳍的对比实验,获得了既能保证仿生机器鱼高速游动,又能保持较低功率消耗的尾鳍.当展弦比为4.2,碳棒直径为0.7 mm,平均功耗为20 W时,仿生机器鱼游速可达730mm/s,约为2.2倍体长/s,较同类结果具有明显的速度优势.。

仿生机器鱼的设计和研究

仿生机器鱼的设计和研究

仿生机器鱼的设计和研究自从人类引领着科技进步以来,仿生工程逐渐走进了人们的生活。

仿生技术的应用不仅改变了现实生活,也推动了科技的飞速发展。

其中,仿生机器的研发正受到越来越多的关注。

在这些机器之中,仿生机器鱼的出现让人们眼前一亮。

仿生机器鱼所蕴藏的飞跃,正体现了我国科技发展和应用水平的提高。

一、仿生机器鱼的设计初衷仿生机器鱼,有着丰富的内涵和广阔的应用前景。

仿生机器鱼是指模仿生物鱼类的外形、结构和运动方式,设计与制造出来的机器鱼。

仿生机器鱼的研究始于2004年,最初设计目的是模拟海洋环境下的操纵和执行任务。

最初,仿生机器鱼的设计初衷,是为了执行与海洋有关的任务,如探测水下情况,支持搜救工作以及减轻对海洋生态环境的破坏和损害。

随着研究的不断深入,仿生机器鱼已经应用到了智能机器人、自主控制、水下探测等多个领域。

二、仿生机器鱼的工作原理仿生机器鱼主要由电机、水轮或螺旋线、控制设备以及鱼的外部壳体组成。

仿生机器鱼的工作原理与真实鱼类极为相似。

它可以在水中舒展几何,像真正的鱼一样自由自在的栖息和游动。

仿生机器鱼通过装有水泵的尾部推进器、装有导轮的鱼尾、光学传感器、电子控制器和锂电池组成的控制系统来实现自主运动和控制,进而达到仿生效果。

三、仿生机器鱼的应用场景1.海洋探测仿生机器鱼是一个理想的海洋探测工具。

它通过真实模拟鱼类的外形、结构和运动方式,摆脱了传统探测器在海底工作所面临的问题,如通讯传输受干扰和无法跨越大面积地带等问题。

2.流体力学研究仿生机器鱼的出现,为流体力学的研究带来了崭新的思路。

仿生机器鱼能够发挥极大的作用,对水下流体的动力特性进行研究,在水下声波传播、声纳处理、减水噪声等方面取得一定的成果。

3.商业应用仿生机器鱼的应用可以拓宽水下商业领域。

以渔具商为例,仿生机器鱼可以扮演新型的诱饵,可以提高传统钓鱼的效率,可应用于渔业生产中。

四、仿生机器鱼的未来展望仿生机器鱼的研究不仅仅是探究科学和技术,更是对未来的展望和期待。

智能机械鱼的设计与制作(毕业设计

智能机械鱼的设计与制作(毕业设计

智能机械鱼的设计与制作Design and fabrication of intelligence machine fish姓名: 刘奋勤专业:光机电一体化指导老师: 余震武汉科技大学2007年3月目录第1章引言 (1)第2章产品综述 (3)研究意义 (3)设计思想 (3)机械鱼的游动原理 (4)机械鱼的仿生原理 (5)机械鱼的控制原理 (5)本章小结 (5)第3章机构原理 (6)设计构思 (6)沉浮机构三维图 (9)系统概述 (10)MC68HC908MR8 简介 (11)整体框图 (12)摆动机构设计 (12)尾部弹性设计 (13)转弯设计 (13)沉浮机构设计 (14)骨架及密封设计 (15)本章小结 (15)本章通过对智能机械鱼的设计构思,机械鱼机构三维图,摆动机构设计,尾部弹性设计,转弯设计,沉浮机构设计和骨架及密封设计的介绍,使咱们对智能机械鱼的机构原理有了加倍深刻的熟悉。

同时通过对机构原理的整体框图的介绍使读者对机械鱼的工作原理,有了加倍深刻的熟悉,对机械鱼加倍了解和熟悉。

(15)我们可以对机械鱼的熟悉加倍有了一个清楚的熟悉对它的原理和作用也有了很好的熟悉对咱们以后的科研和学习提供思路。

(15)第4章机械鱼控制系统设计 (16)遥控器及霍尔元件模块 (16)机械鱼电源模块设计 (16)电机及电磁阀驱动模块 (17)本章小结 (19)第5章零件加工 (20)各个零件的加工方式 (20)加工中的问题及解决方案 (20)本章小结 (22)参考文献 (23)致谢 (24)附录 (25)第1章引言21世纪是海洋的世纪,加上由于各类技术的全面发展带动了机械人技术的发展,对于在海洋开发和相关领域中运用机械人技术已引发了各方面的重视。

而且随着海洋开发的进展,一般的潜水技术已无法适应现代高深度综合考察和研究、完成各类作业的需要。

但在现实中都是利用螺旋桨来推动船前进,而是不是能利用鱼类的游动原理来做出比具有螺旋桨更快和更低噪声的水下推行器,冲破现今专一的运输方式和水下推动方式,已成为一个热点研究课题。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

毕业设计(论文)单关节尾鳍推进式仿生机器鱼的设计与研究学院名称机械工程及自动化学院专业名称机械制造学生姓名指导教师北京航空航天大学本科生毕业设计(论文)任务书Ⅰ、毕业设计(论文)题目:单关节尾鳍推进式仿生机器鱼的设计与研究Ⅱ、毕业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求:单关节尾鳍推进式仿生机器鱼是由电机、舵机及其控制部分组成的机电一体化仿生设备。

1.功能指标:(1)完成前进、左右转弯和上浮下潜;(2)用遥控器控制,三档调速;(3)电池可充电。

2. 性能指标:(1)体积:300mm×100mm×150mm;(2)最大前进速度200mm/s;(3)最大下潜深度500mm;(4)续航能力2h;(5)转弯半径≤400mm。

Ⅲ、毕业设计(论文)工作内容:1、了解国内外仿生机器鱼的研究现状,完成调研报告。

2、进行市场调研,完成电机、电池、舵机、遥控器等部件的选型。

3、对机器鱼各功能单元进行划分和设计,完成机器鱼机械结构的三维建模。

4、完成需加工零件的二维图纸,并完成零部件加工。

5、零部件装配,调试及测试。

6、完成多种尾鳍外形、多种频率的驱动效率的实验研究。

Ⅳ、主要参考资料:[1]于凯.仿鱼推进的实验研究[J].华中科技大学学报,2007, 35(11):117-121.[2]刘军考,陈在礼.水下机器人新型仿鱼鳍推进器[J].机器人,2000,22(5):427-432 .[3]梁建宏.水下仿生机器鱼的研究进展I——鱼类推进机理[J].机器人ROBOT,2002,24(2):107-112.[4] 梁建宏.水下仿生机器鱼的研究进展II——小型实验机器鱼的研制[J].机器人ROBOT,2002,24(3):234-239.机械工程及自动化学院(系)机械制造专业类班学生毕业设计(论文)时间:2013 年3 月4日至2013 年6 月11 日答辩时间:年月日成绩:指导教师:兼职教师或答疑教师(并指出所负责部分):系(教研室)主任(签字):注:任务书应该附在已完成的毕业设计(论文)的首页。

本人声明我声明,本论文及其研究工作是由本人在导师指导下独立完成的,在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。

作者:签字:时间:2013年6 月单关节尾鳍推进式仿生机器鱼的设计与研究学生:指导老师:摘要本文模仿自然界中真实鱼类尾鳍摆动模式,自主设计研发一套单关节尾鳍推进式的小型机器鱼系统,满足设计功能和性能指标,其具人机进行交互性和观赏性。

整个设计过程分为机械结构设计,软/硬件设计。

本文借助三维设计软件Solidworks 进行机械结构建模,并对机械结构做干涉检验以及运动仿真,借助Arduino集成开发编译环境,编写控制程序,并选用配套硬件电路板完成电机控制、遥控通信等任务。

经多次实验优化,最终开发出较高推进效率的尾鳍,并测试高效尾鳍推进下机器鱼的最大航行速度、转弯半径、最大上浮/下潜速度等性能指标,同时选用合适的遥控通信技术,实现了机器鱼在一定水深范围内的自由遥控控制。

此外,对机器鱼外壳做了美化处理,并对其他项目指标进行测试,如浸泡密封测试、续航时间测试等。

测试表明,所有功能和性能均满足设计要求。

关键词:机器鱼,观赏型,遥控,尾鳍推进Design and Research on a Biomimetic Robotic Fish with Single-jointActuation Propelled by Caudal finAuthor:Tutor:AbstractImitating the style of the motion of fish mail in nature, this paper design and develop a single joint tail fin-propelled small robotic fish system. To meet the design specifications of the premise, it has a certain man-machine which is interactional and ornamental.The whole design process is divided into mechanical design, software and hardware design. The three-dimensional design software Solidworks is used for mechanical structural modeling, interference check and motion simulation tests. Arduino integrating development environment is used for compiling and writing controlling procedures and hardware circuit board is selected to complete motor control, remote communications and other tasks.After repeated experiments optimization, the high propulsive efficiency tail fin is designed at last and maximum sailing speed, radius of turning circle ,the maximum floating and diving speed of robotic fish under the promote of caudal fin is tested. At the same time, we use the appropriate choice of remote communication technologies to achieve free remote control of the machine fish when the depth of the water is certain.Additionally, the robot fish shell is landscaped and other items are tested, such as immersion test that under water for a long time and the test of the continuation of the journey. Testing shows that all items meet the requirements.Key words: Robotic fish, Ornamental, Remote control, Caudal fin propulsion目录1绪论 (1)1.1课题背景及目的 (1)1.2国内外研究现状 (1)1.2.1 国外研究现状 (1)1.2.2 国内研究概况 (2)1.3课题研究方法 (3)1.4论文构成及研究内容 (3)2机器鱼机械结构设计 (5)2.1鱼类推进机理分析 (5)2.2驱动器的选择 (5)2.3驱动机构的选择 (6)2.4驱动器的选型 (8)2.4.1 电机的选型 (8)2.4.2 舵机的选型 (10)2.5整体机械结构的设计 (11)2.5.1 尾鳍驱动机构设计 (11)2.5.2 胸鳍驱动机构设计 (12)2.6机器鱼的外壳设计 (13)2.6.1 外形设计 (13)2.6.2 壳内结构设计 (15)2.7密封设计 (16)2.8尾鳍设计 (18)2.9其他附件设计 (18)2.9.1 美观扣件设计 (18)2.9.2 背鳍设计 (19)2.10本章小结 (19)3硬件电路设计与程序编写 (21)3.1硬件电路设计 (21)3.1.1 供电系统设计 (21)3.1.2 电机驱动模块选型 (23)3.1.3 遥控器的选择 (24)3.1.4 主控板选择 (25)3.2程序设计 (26)3.2.1 运动模式分析 (26)3.2.2 程序编写工具 (26)3.2.3 程序模块划分 (27)3.3本章小结 (29)4零部件装配及调试 (30)4.1机械结构装配调试 (30)4.2程序调试 (30)4.3系统总装配调试 (32)4.3.1 机器鱼配重 (32)4.3.2 最大直游速度测试与改进 (33)4.3.3 其他游动性能测试 (38)4.4本章小结 (39)结论 (41)致谢 (42)参考文献 (1)1绪论1.1课题背景及目的在能源日益短缺的今天,各国都在寻找提高能源利用效率的方法。

在船舶行业,螺旋桨推进是当下最普遍的推进方式,但螺旋桨在水中转动时,侧面会产生涡流,增加动力消耗,降低游动速度。

另外,螺旋桨式推进器一般通过改变舵角实现转弯,结果往往是转弯半径大,机动性差。

水下螺旋桨推进式探测器同样亦存在推进效率低,机动性差,隐蔽性差等缺陷,而且螺旋桨容易被水藻等水生植物缠绕,导致桨叶受损,甚至螺旋桨无法运转。

反观鱼类,作为自然界最早出现的脊椎动物,经过亿万年的物竞天择,进化出非凡的水中运动能力。

与人工的水中或水下航行器相比,鱼类的游动具有推进效率高、隐蔽性好、机动性好等优点[1,2]。

伴随仿生学和机器人技术的发展,仿生机器鱼的研制与开发已具备了先决的技术条件,目前,仿生机器鱼已成为水下航行器的一大重要研究方向,其良好的机动性、节能性、隐蔽性,具有重要的研究价值和应用前景。

1.2国内外研究现状国内外开展机器鱼的研究由来已久,不过从仿生学的角度设计机器鱼实体,方始于上世纪九十年代。

随着电子技术与材料科学的发展,机器鱼的设计越来越成熟,以下对小型机器鱼的研究现状做一个简单的综述[3,4,5]。

1.2.1国外研究现状1. 2000年,日本国家海洋中心为了研究机器鱼的转弯原理,开发了PF-300。

该鱼长约0.34m,头部中电池组与伺服电机各一个。

另一个伺服电机位于尾部。

用木头做成漂浮于水面的天线,可以与外界实现无线通信,如图1.1所示。

图1.1 PF-300机器鱼2. 2003年,英国Essex大学机器鱼课题组开始研制一系列机器鱼,主要工作集中在实现仿鱼游动,特别是非稳定游动方面。

机器鱼身长52cm,采用多电机—多关节尾部结构,通过对多电机协调控制,使得该机器鱼的游动姿态与真鱼极其相似。

图1.2为机器鱼G9的实物图。

图1.2 Essex大学G9机器鱼1.2.2国内研究概况1.图1.3为北京大学工学院于2001年开发的机器鱼,鱼体长约45cm,整个鱼身有四个关节串联而成,可以更真实的模拟鱼的运动姿态。

相关文档
最新文档