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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：1997 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

(浙江機電職業技術學院智能制造學院,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,進行了水母機器人的仿生設計,通過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,進行了三維模型設計;其次,對多桿推進機構進行了運動學求解,獲得了兩個閉環求解方程,并以此為依據,給定了一個尺寸設計案例;然后,采用ANSYS軟件對設計案例進行了剛柔耦合分析和模態分析,對關鍵結構的強度和剛度進行了驗證,獲得了結構的低階模態頻率及振型,并為聲學驅魚裝置的選擇提供了依據;最后,根據設計模型制作了實物樣機并進行了水下調試,獲得了試驗參數并驗證了機器人的功能。研究結果表明:多桿推進機構在運動過程中最大等效應力約為4.92MPa,最大變形量約為3.89mm,該結構滿足強度和剛度要求;通過實物樣機制作與試驗,實現了仿生水母機器人的水下游動和轉向等功能,初步驗證了方案的可行性;機器人在主驅動電機初設轉速的驅動下,直線運動速度約為58.3mm/s,轉向速度約為22.5°/s。

關鍵詞:水下探測機器人;多桿推進機構;運動學求解;剛柔耦合分析;特征提取;功能耦合

中圖分類號: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.