一种仿生水母机器人的开发与实现.pdf

简介：
仿生水母型机器人是依据水母生物特征而设计的一种水下作业设备。水母凭借调节体腔尺寸的能力，在自然环境中实现了行进与转弯。这种生物所具有的高灵活性激发了工程师们的灵感，促使他们开发具备模仿水母运动特性的机器人，以解决海洋保护任务及水下探勘作业的需要。水下机器人在海洋环境监测、生物繁殖状况跟踪以及鱼类群迁徙等方面发挥着关键作用，而仿生水母机器人的设计特别强调了其游泳运动稳定性以及方向操控便捷性的特点。 目前，现有的仿水母机器人在游动稳定性与方向控制等方面尚有欠缺，由此导致研究人员亟需研发创新的技术方案以 address 这些问题。如美国Cyro项目的探索显示，采用电动机驱动机械臂的仿生软臂设计具有显著优势。同时，哈尔滨工业大学机器人团队已启动了基于多连杆仿生水母机构的研究，并在缓流和急流等多种模拟条件下展开了相关测试。 为了更贴近真实的水母运动方式设计仿生水母机器人，研究者们运用了SolidWorks等三维建模软件来构建模型，并融合Fluent等流体仿真软件进行分析。这些分析帮助理解不同运动原理下的行为特征，并通过仿真优化设计效果。基于仿生水母的结构特性展开系统性分析，科研团队对仿生机器人装置的材料性能进行了深入研究，重点关注适用于水下环境的新颖材料应用。针对这一目标，在外壳体设计上采用了类似生物水母的柔性结构，并通过引入形状记忆合金材料，实现了其在形变后的自动恢复功能。基于上述创新性设计，仿生机器人装置能够在受到冲击或挤压时，依靠形状记忆效应实现精准复位，显著提升了其可靠性。仿生水母机器人的工作原理基于多组封闭腔体内构造的工作模式。外水以周期性方式注入各封闭腔体内，从而使得机器人执行动作。该机器人由外壳体与内壳体两部分构成，其外层采用具备形变恢复能力的复合材料制造，内壳体上配备有定时进水机构，通过定期向各封闭腔体内输送外水来控制机器人的运动轨迹。该结构设计有助于实现仿生水母复杂的 swimming motion pattern。为了激发水母机器人行动的动力，研究者们采用了蓄电池作为能量来源，并通过凸轮等机械装置将旋转动能转换为水母所需动力。因此，这些水母机器人可以在水中完成多样化的任务，如环境监测或特定的侦查和探索作业。在仿生水母机器人设计与研究过程中，研究者们特别重视材料的选择和机器人的运动机制，并对机器人的稳定性和操控性以及在复杂水下环境中适应能力进行深入探讨。基于长期的研究与实践探索，研究者们期望能够解决现有仿生水母机器人存在的问题，并开发出可在海洋保护及水下侦察任务中发挥关键作用的新型水下单人作业机器人。