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。

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-joint

Actuation Propelled by Caudal fin

Author:

Tutor:

Abstract

Imitating 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