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基于仿生水母的水下机器人结构设计与试验研究

作者：张冬冬,江一行,范云杰,等. 日期：2024-04-24/span> 浏览：1877 查看PDF文档

基于仿生水母的水下机器人结构设计与试验研究*

张冬冬,江一行,范云杰,孙垒

(浙江机电职业技术学院智能制造学院,浙江杭州 310053)

摘要:针对水下探测机器人隐蔽性好的需求,设计了一种仿生水母机器人。首先,进行了水母机器人的仿生设计,通过生物特征提取及功能耦合确定了机器人的功能设计要求,基于机构原理图,进行了三维模型设计;其次,对多杆推进机构进行了运动学求解,获得了两个闭环求解方程,并以此为依据,给定了一个尺寸设计案例;然后,采用ANSYS软件对设计案例进行了刚柔耦合分析和模态分析,对关键结构的强度和刚度进行了验证,获得了结构的低阶模态频率及振型,并为声学驱鱼装置的选择提供了依据;最后,根据设计模型制作了实物样机并进行了水下调试,获得了试验参数并验证了机器人的功能。研究结果表明:多杆推进机构在运动过程中最大等效应力约为4.92MPa,最大变形量约为3.89mm,该结构满足强度和刚度要求;通过实物样机制作与试验,实现了仿生水母机器人的水下游动和转向等功能,初步验证了方案的可行性;机器人在主驱动电机初设转速的驱动下,直线运动速度约为58.3mm/s,转向速度约为22.5°/s。

关键词:水下探测机器人;多杆推进机构;运动学求解;刚柔耦合分析;特征提取;功能耦合

中图分类号:TH122;TP242文献标识码:A文章编号:1001-4551(2024)04-0739-08

本文引用格式:

张冬冬,江一行,范云杰,等.基于仿生水母的水下机器人结构设计与试验研究［J］.机电工程,2024,41(4):739-746.

ZHANG Dongdong, JIANG Yihang, FAN Yunjie, et al. Structural design and experimental study of underwater robots based on biomimetic jellyfish［J］.Journal of Mechanical & Electrical Engineering, 2024,41(4):739-746.