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1、无锡太湖学院毕业设计（论文）相关资料题目： 多关节鱼形机器的设计 信机 系 机械制造及自动化专业学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称：教授 ） 2013年05月20日III无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚 信 承 诺 书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 多关节鱼形机器人的设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械91 学 号： 0923035 作者姓名： 周跃 2013 年 5 月 20日 摘 要根据水下鱼形机器人的设计方案进
2、行仿真，分析运动规律及校核机构。利用UG中三维建模、运动仿真及设计仿真等模块，对已经设计好的机器鱼进行系统仿真，并比较输出数值和计算数值的关系，从而完善设计过程。主要对机器鱼的四个部分进行分析，分别是驱动机构、沉浮机构、转向机构、充电机构。其中，驱动机构由尾部摆动机构实现，鱼身后半部和鱼尾的两节做有相位差的摆动，通过摆动来击打水从而推动鱼身前进。沉浮功能由鱼身前半部分的侧鳍通过转动一定角度来实现的。转向功能，由鱼身前半部分的鳍通过转动一定的角度来实现的，鳍与鱼身竖直方向的夹角的改变使其受到水的推动力的向左或者向右的分力，从而使鱼身可以绕其重心进行旋转。外形设计是根据金枪鱼的外形进行多次拟合而归
3、纳而成的。最终对整个机器鱼进行配重，使重力中心和浮力中心在一条直线上，保证机器鱼能在水中平稳正常运动，同时控制模块中植入远程通信功能。关键词：水下鱼形机器人；运动仿真；远程通信AbstractABSTRACT According to the underwater fish-shaped robot to simulate the design, analysis and verification body movement. UG in the use of three-dimensional modeling, motion simulation and design of simulat
4、ion modules, the fish have been designed machine system simulation, and compare the output value and the numerical calculation, in order to improve the design process. The main fish-machine analysis of four parts, namely the drive mechanism, ups and downs mechanism, steering, charging mechanism. Amo
5、ng them, the drive mechanism from the rear swing institutions, fish and fish tail behind the first half there are two of the swing phase, through the swing to hit the water in order to promote the fish forward. Rise and Fall of the functional from the first half of the fish lateral fins rotate throu
6、gh a certain angle to achieve. Shift function, by the fish through the latter part of the pelvic rotation to achieve a certain point of view, the ventral fin fish vertical with the angle between the direction of change to be the driving force of water to the left or the right of the play, so that fi
7、sh can rotate around its center of gravity. Design is based on the shape of tuna and summarized a number of fitting together. Eventually the whole fish weight machines, so that center of gravity and buoyancy in a straight line, the fish can assure a smooth and normal movement in the water. Control t
8、o transplant long range correspondence in the mold piece function in the meantime.Keywords: Fish-shaped underwater robot; motion simulation; communication目 录摘 要VIIIABSTRACTIX第1章 绪论11.1 引言11.2 水下鱼形机器人技术的基本概念11.2.1 鱼类游动方式的分类11.2.2 仿鱼鳍机器鱼的特点21.3 仿生机器鱼研究概况21.4 目前研究热点及未来发展方向51.5 本课题研究内容5第2章 UG中运动仿真和有限元分析
9、模块功能介绍72.1 运动仿真介绍72.1.1 运动仿真模块72.1.2 运动仿真模块能执行何种类型分析72.1.3 如何创建运动仿真72.1.4 运动仿真的机构运动方式7第3章 水下鱼形机器人机构确定93.1 沉浮机构的确定93.2 转向机构的确定133.3 舵机选择133.4 整体结构位置设计及外形确定143.4.1 整体结构尺寸确定143.4.2 外形结构尺寸确定15第4章 基于UG的鱼形机器人的运动仿真错误!未定义书签。4.1沉浮机构运动仿真174.1.1 计算174.1.2 三维建模174.13 最终结果分析184.2 转向机构的运动仿真204.2.1 计算204.2.2 三维模型2
10、04.2.3 最终结果分析20第5章 鱼形机器人远程通信235.1 通信模块的选用235.2 具体实现235.2.1系统总体设计235.2.2 模块设计235.2.3软件设计24第6章 基于UG的鱼形机器人动力学分析256.1 机器鱼浮力中心和重力中心的估算256.2 基于UG的机器鱼浮力中心和重力中心计算276.2.1 浮力计算276.2.2 重力计算27第7章 结论与展望297.1 结论297.2 不足之处及未来展望29参考文献31XI多关节鱼形机器人的设计第1章 绪论1.1 引言随着人类的发展，对资源的需求不断增加。陆上资源的日益紧缺，让我们把目光投向海洋。21世纪是海洋开发的世纪，水下
11、机器人在海洋环境研究、海洋资源探测和开发等民用领域和海洋军事方面具有广阔的应用前景和巨大的潜在价值，吸引了人们更多的注意力。利用仿生学原理，开发类似海豚或金枪鱼的操纵与推进技术是一个很有前途的研究方向之一。上世纪三十年代起，人类开始对鱼类游动进行观察，提出了大量关于鱼类游动机理的解释。近年来，随着人类对鱼类游动机理了解的加深，同时伴随着仿生学、流体力学、机器人学的进步，计算机、传感器和智能控制技术的快速发展，以及新型材料的不断涌现，对仿生水下机器人技术的研究达到了一个新的顶峰，涌现了大量基于鱼类游动机理的仿生水下机器人。1.2 水下鱼形机器人技术的基本概念1.2.1 鱼类游动方式的分类鱼类游动
12、方式多种多样，1926年Breder根据鱼类推进运动的特征不同，将鱼类游动方式划分为两大类:1)身体(和/或)尾鳍推进(BCF locomotion);2)中间鳍(和/或)对鳍推进(MPF locomotion). 当然鱼类还有其它运动方式，如喷流推进、滑行等。据估计，大约只有15%的鱼类采用第一种方式以外的其它方式推进。由于MPF推进方式速度慢、效率低，因此我们把重点放在研究BCF推进方式上。Breder将BCF推进继续细化为五种，如图1.1所示。图中反映了不同推进方式下鱼体推进部分的变化。图1.1 BCF推进图1. l中鲹科结合月牙形尾鳍推进方式（Thunniform）是效率最高、速度最快
13、的推进方式，海洋中游速最快的“鱼类”（金枪鱼、海豚、鲨鱼）都采用该种方式。11该方式中推进运动限制在身体后三分之一，仅通过尾部(坚硬的月牙形尾鳍和尾柄)的运动产生超过90%的推力;同时鱼体的形状和重量分布保证了身体前三分之二横向移动和转轴极小。在游动过程中，月牙形尾鳍做横移和左右摆动(或升沉和上下摆动)的一种复合运动，并随着鱼体前进划出波浪形的轨迹。研究表明，月牙形尾鳍的展弦比、形状、硬度、摆动都对该推进方式的效率产生影响。 由于相比之下具有高速、高效的特点，结合月牙形尾鳍推进方式很适合用于水下机器人。目前，己有多个机器人较成功的采用了这种方式。1.2.2 仿鱼鳍机器鱼的特点与传统的螺旋桨推进
14、器相比仿鱼鳍推进器具有如下特点: (1)能源利用率高，初步试验表明，采用仿鱼鳍水下推进器比常规推进器的效率可提高30-100%。从长远看，仿鱼鳍的水下推进器可以大大节省能量，提高能源的利用率，从而延长水下作业时间。 (2)使流体性能更加完善，鱼类尾鳍摆动产生的尾流具有推进作用，可使其具有更加理想的流体力学性能。 (3)提高水下运动装置的机动性能，采用仿鱼鳍水下推进器可提高运动装置的启动、加速和转向性能。 (4)可减低噪声和保护环境，仿鱼鳍推进器运行时的噪声比螺旋桨运行时的噪声要低的多，不易被对方声纳发现和识别，有利于突防，具有重要的军事价值。 (5)实现了推进器与舵的统一，仿鱼鳍推进器的应用将改变目前螺旋桨推进器与舵机系统分开，功能单一，结构庞大，机构复杂的情况，实现浆一舵功能和二为一，从而可精简结构和系统，简化制造工艺，并降低成本和造价，具有重大的现实意义和使用价值。 (6)可采用多种驭动方式，对于应用于船舶、游艇等方面的仿鱼鳍推进器可采用机械驱动，也可采用液压驱动和气压驱动，以及混合驱动方式:对于小型水下运动装置，可采用形状记忆合金、人造合成肌肉以及压电瓷等多种驱动元件。1.3 仿生机器鱼研究概况 国外学者很早就致力于对鱼类推进模式及仿生机器鱼的研究（表1）。1994年MIT研究组成功研制了世界上第一条真正意义上的仿生金枪鱼(
