一种水下仿生机器人的结构设计与分析开题报告

全文总字数：4720字

1. 研究目的与意义（文献综述）

仿生学在我们的现实生活中已经得到了大量的应用，仿生机器人是指依据仿生学原理,模仿生物结构、运动特性等设计的性能优越的机电系统,已逐渐在反恐防爆、太空探索、抢险救灾等不适合由人来承担任务的环境中表现出良好的应用前景。按照工作环境可将仿生机器人分为陆面仿生机器人、空中仿生机器人、以及水下仿生机器人三类。

水下仿生机器人作为一个水下高技术仪器设备的集成体，在军事、民用、科研等领域体现出广阔的应用前景和巨大的潜在价值。水下仿生机器人是从模仿鱼类游动开始的，仿生机器人的发展先后经历了原始探索阶段、宏观仿形与运动仿生阶段再到机电系统与生物性能部分融合阶段。利用电机驱动机械系统模仿鱼类尾部的摆动实现推进，推进模式从身体/尾鳍推进发展到中鳍/对鳍推进，提高了仿生机器人的推进效率和运动机动性。现今随着仿生技术、控制技术和制造技术的飞速发展，向刚柔混合结构，仿生结构、才来哦、驱动一体化，神经元精细控制，高效能量转换的类生命系统方向发展，即目前正朝着材料与结构一体化的柔性驱动方向发展。

美国麻省理工学院研发的金枪鱼“robotuna”，是世界上第一条真正意义上的仿生鱼。该机器鱼长约1.25m, 宽0.21m, 高0.3m, 全身由2843个零件组成, 6台无刷直流伺服电机驱动, 在处理器控制下, 通过摆动躯体和尾鳍, 游动速度可达2m/s, 推进效率可达91%。2013年美国弗吉尼亚大学材料与设备实验室的团队以水母为仿生对象研制了cyro仿水母机器人。最近几年，新加坡国立大学的研究人员于2017年11月受水中敏捷游动的蝠鲼的启发开发出一种名为“mantadroid”的水下仿生机器鱼。mantadroid的鱼鳍由柔性pvc片制成，每个鱼鳍上都有一个电动马达，用于驱动其在水中可以灵活游动，速度可达0.7m/s，一个充电续航时间达到10小时。该机器人的腹部可以安装一系列传感器，用于执行水下侦察、海洋资源勘探、海洋测绘等任务。美国麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室于2018年3月开发出一种名为“sofi”的仿生软体机器鱼。该鱼的大小与行为与真鱼相似，可通过一个防水手柄近距离控制，该机器鱼电池续航能力约为40分钟，主要靠鱼尾的摆动实现前进、转向等多种运动控制。2018年8月，俄罗斯罗巴切夫基州立大学称，该校科学家已经一种“金枪鱼”水下仿生机器人的实验测试。该机器鱼的最小尺寸约为1米，可根据不同任务将尺寸增大到成年雌性鲨鱼大小。该机器鱼是一个完全自主的水下平台，拥有多种传感器模块，可在指定水域的空间内进行监视、测量和记录相关参数。和现有其他水下机器人相比，该仿生机器鱼更加灵活，操作性更好，并且能够远距离水下通信。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：

设计水下仿生水母机器人，提出水母机器人的设计总体方案，并包括机械结构，驱动系统，控制系统等功能模块设计。了解水母机器人的结构原理，完成水母机器人的结构设计计算和分析，完成水母机器人的装配图和零件图设计，完成水母机器人的相关性能分析。最后通过软件进行运动仿真，检验设计内容。

目标：

3. 研究计划与安排

（1）第1-3周：查找相关资料，明确研究内容，完成开题报告和英文翻译；

（2）第4-6周：完成毕业设计相关内容的总体方案设计；

（3）第6-8周：完成毕业设计相关内容的详细方案设计；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] jun zhong, chun zhao,yi-fan chen.mechanism design of a bionic robotic fish [j]. destech publications, inc.2018, 11(1)：168-172.

[2]门宝,范雪坤,陈永新.仿生机器人的发展现状及趋势研究[j].机器人技术与应用,2019(05):15-19.

[3]机构学研究现状与发展趋势的思考[j]. 高峰.机械工程学报. 2005(08).