資源描述：
《仿水黽機(jī)器人機(jī)構(gòu)及性能的分析的研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、河北工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文仿水黽機(jī)器人機(jī)構(gòu)及性能分析研究摘要水黽可以在水面上停留并具有快速滑行和跳躍的活動(dòng)機(jī)能。受水黽啟發(fā)，人們對(duì)在水面這一非結(jié)構(gòu)環(huán)境下能快速移動(dòng)的仿水黽機(jī)器人的研究產(chǎn)生了濃厚興趣。仿水黽機(jī)器人以其效率高、機(jī)動(dòng)性好、噪音低、對(duì)環(huán)境擾動(dòng)小的優(yōu)勢(shì)將在軍事偵察、環(huán)境監(jiān)測(cè)、水體檢測(cè)、地下管網(wǎng)檢測(cè)等軍事和民用等方面得到廣泛應(yīng)用。因此，開展仿水黽機(jī)器人的研究將具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文基于功能仿生原理，提出一種新型具有一定負(fù)載能力的仿水黽機(jī)器人新構(gòu)型，從運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)建模與分析、水力學(xué)建模與分析、運(yùn)動(dòng)仿真分析和模態(tài)分析、剛-柔耦合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模與仿真、樣機(jī)研制與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2、以及實(shí)驗(yàn)等進(jìn)行了系統(tǒng)的分析與研究，取得了一定創(chuàng)新性的研究成果。1．在研究仿生原型水黽結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)特性基礎(chǔ)上，提出一種三自由度輸入并聯(lián)解耦劃水驅(qū)動(dòng)仿水黽機(jī)器人新構(gòu)型，建立驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型、劃水運(yùn)動(dòng)平衡性條件及機(jī)構(gòu)參數(shù)綜合條件，為機(jī)器人樣機(jī)設(shè)計(jì)制作提供理論基礎(chǔ)。該機(jī)器人以三個(gè)電磁鐵作為驅(qū)動(dòng)通過解耦控制兩驅(qū)動(dòng)腿實(shí)現(xiàn)劃水運(yùn)動(dòng)控制，兩驅(qū)動(dòng)腿以差動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)零半徑轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)，與電機(jī)方案相比，該機(jī)器人以電磁鐵二元邏輯控制替代電機(jī)復(fù)雜伺服驅(qū)動(dòng)，其具有驅(qū)動(dòng)數(shù)量少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易微小型化、機(jī)動(dòng)性好、轉(zhuǎn)彎靈活、劃水效率高、控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。2．考慮仿水黽機(jī)器人仿生原形特點(diǎn)，提出仿水黽機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，建立機(jī)器人
3、虛擬樣機(jī)仿真模型，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析和各旋轉(zhuǎn)副受力情況及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)能量曲線分析，驗(yàn)證機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性，指出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)，為物理樣機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供理論依據(jù)。3．考慮仿水黽機(jī)器人劃水頻率與共振問題，研究機(jī)器人的仿真模態(tài)特性，重點(diǎn)分析機(jī)器人劃水腿、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、整機(jī)的固有頻率及相對(duì)位移云圖和相對(duì)應(yīng)力云圖，分析虛擬樣機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)，指出機(jī)器人運(yùn)動(dòng)應(yīng)避開的工作頻率，為機(jī)器人的結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)和控制提供理論依據(jù)。4．考慮仿水黽機(jī)器人在水面環(huán)境工作這一特征，研究水對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的作用規(guī)律，建立仿水黽機(jī)器人漂浮平衡穩(wěn)定性條件、機(jī)器人劃水腿流場(chǎng)表達(dá)式、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)水動(dòng)力學(xué)表達(dá)式和機(jī)器人劃水運(yùn)動(dòng)的水動(dòng)力
4、學(xué)表達(dá)式，為機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)際控制提供理論依據(jù)。5．考慮仿水黽機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中輕型薄壁材料構(gòu)件引起的小幅度柔性變形問題，本文提出將機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)視為為剛-柔耦合多體機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的處理方法，建立考慮水接觸力約束函數(shù)的機(jī)器人剛-柔耦合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型并進(jìn)行仿真分析研究，結(jié)果表明劃水腿小幅度柔性變形將影響機(jī)器人劃水板的劃水軌跡，該研究成果將為機(jī)器人今后實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)控制和精確運(yùn)行軌跡路線奠定理論基礎(chǔ)。6．在上述理論研究基礎(chǔ)上，研制仿水黽機(jī)器人樣機(jī)，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下對(duì)仿水黽機(jī)器人進(jìn)行水面前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、負(fù)重實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本文提出的仿水黽機(jī)器人三自由度輸入并聯(lián)解耦劃水驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的有效性和本文理論分析
5、的正確性，該機(jī)器人具有良好的速度響應(yīng)特性、運(yùn)動(dòng)靈活性，劃水效率高、控制簡(jiǎn)單方便。關(guān)鍵詞：水黽，仿生機(jī)器人，電磁驅(qū)動(dòng)，劃水平衡性，水面環(huán)境i仿水黽機(jī)器人機(jī)構(gòu)及性能分析研究ANALYSISANDRESEARCHONMECHANISMANDPROPERTYOFTHEWATERSTRIDERROBOTABSTRACTWaterstriderisakindofinsectthathastheactivefunctionofstaying,slidingandleapingonwatersurface.Enlightenedbythiskindofinsect,peoplebecomemoreandmo
6、reinterestonthewaterstriderrobot,whichcanmovefastontheunstructuredwatersurface.Withtheadvantagessuchashighefficiency,goodmobility,lowernoiseandlittledisturbtotheenvironment,waterstriderrobotwillappliestomilitaryandcivilareasuchasmilitaryreconnaissance,environmentalmonitoringandwaterexamination.Ther
7、efore,theresearchofwaterstriderrobothastheoreticalsignificanceandpracticalvalue.Basedonthebionicfunctionprinciple,thispaperproposedakindofnewfloatingtypeofwaterstriderrobotstructurethathasacertainloadcapaci
