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《機電工程》雜志，月刊( 詳細... )

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基于仿生水母的水下機器人結構設計與試驗研究

作者：張冬冬,江一行,范云杰,等. 日期：2024-04-24/span> 瀏覽：934 查看PDF文檔

基于仿生水母的水下機器人結構設計與試驗研究*

張冬冬,江一行,范云杰,孫壘

(浙江機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院智能制造學(xué)院,浙江杭州 310053)

摘要:針對水下探測機器人隱蔽性好的需求,設計了一種仿生水母機器人。首先,進(jìn)行了水母機器人的仿生設計,通過(guò)生物特征提取及功能耦合確定了機器人的功能設計要求,基于機構原理圖,進(jìn)行了三維模型設計;其次,對多桿推進(jìn)機構進(jìn)行了運動(dòng)學(xué)求解,獲得了兩個(gè)閉環(huán)求解方程,并以此為依據,給定了一個(gè)尺寸設計案例;然后,采用ANSYS軟件對設計案例進(jìn)行了剛柔耦合分析和模態(tài)分析,對關(guān)鍵結構的強度和剛度進(jìn)行了驗證,獲得了結構的低階模態(tài)頻率及振型,并為聲學(xué)驅魚(yú)裝置的選擇提供了依據;最后,根據設計模型制作了實(shí)物樣機并進(jìn)行了水下調試,獲得了試驗參數并驗證了機器人的功能。研究結果表明:多桿推進(jìn)機構在運動(dòng)過(guò)程中最大等效應力約為4.92MPa,最大變形量約為3.89mm,該結構滿(mǎn)足強度和剛度要求;通過(guò)實(shí)物樣機制作與試驗,實(shí)現了仿生水母機器人的水下游動(dòng)和轉向等功能,初步驗證了方案的可行性;機器人在主驅動(dòng)電機初設轉速的驅動(dòng)下,直線(xiàn)運動(dòng)速度約為58.3mm/s,轉向速度約為22.5°/s。

關(guān)鍵詞:水下探測機器人;多桿推進(jìn)機構;運動(dòng)學(xué)求解;剛柔耦合分析;特征提取;功能耦合

中圖分類(lèi)號:TH122;TP242文獻標識碼:A文章編號:1001-4551(2024)04-0739-08

本文引用格式:

張冬冬,江一行,范云杰,等.基于仿生水母的水下機器人結構設計與試驗研究［J］.機電工程,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.

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