仿生水母推进装置设计及控制方法研究

论文摘要

随着科技的日益更新与发展,仿生学逐渐发展并受到越来越多人们的关注。水下生物通过长时间的进化,具有了在水下长时间生活的能力和特性。将水下生物所具有的特性,通过设计制作集成到水下机器人中,可以使得水下机器人同样具有良好的续航能力并且具有较低的噪音等优良特性。根据仿生水母的设计要求,本文设计了一款机械结构推进的仿生水母。并根据水母的运动特征设计了适用于仿生水母的人造中枢模式发生器(Central pattern generators,CPG)控制方法。在仿生水母样机的设计制作方面,本文以海月水母为仿生目标,根据海月水母的外形及运动特点设计仿生水母外形及推进装置,并选取合适的材料及加工方式制作了仿生水母实物。在此基础上,本文根据Daniel水母力学模型分析仿生水母运动过程中的排水情况以及受力情况,进一步计算重心和浮心,同时,对该模型进行了水动力分析,根据分析结论提出对仿生水母模型的优化改进方案。在仿生水母运动控制方面,本文提出了一种频率幅值切换更快更稳定的振荡器模型。根据所设计的仿生水母结构特点,设计了适用于仿生水母的振荡器耦合方法,又将耦合振荡器模型与仿生水母动力学模型结合,仿真了仿生水母的速度位移变化过程。之后为了更好的实现仿生水母的速度控制,提出一种适用于仿生水母的速度控制方法。最后对所设计制作的仿生水母进行舵机的调试实验以及水池实验,验证了所设计仿生水母模型及部分控制方法的可行性。

论文目录

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 论文研究的内容

第2章仿生水母结构设计

2.1 仿生水母设计思路

2.2 仿生水母结构设计

2.3 仿生水母装配体

2.4 本章小结

第3章仿生水母模型动力学分析

3.1 水母运动过程描述

3.2 仿生水母力学模型分析

3.3 重心和浮心的计算

3.4 仿生水母运动性能分析优化

3.4.1 计算流体力学求解过程

3.4.2 仿生水母控制方程

3.4.3 仿生水母物理模型的建立和网格的划分

3.4.4 Fluent流体计算

3.5 本章小结

第4章仿生水母运动控制方法

4.1 CPG振荡器介绍

4.2 常见CPG振荡器

4.3 振荡器的建模

4.4 振荡器的耦合

4.5 基于仿生水母的振荡器网络模型

4.6 振荡器仿真实验

4.6.1 振荡器频率切换和幅值切换模拟

4.6.2 振荡器模拟仿生水母加速运动

4.6.3 振荡器模拟仿生水母转向运动

4.6.4 振荡器结合仿生水母力学模型仿真

4.7 仿生水母的速度控制

4.8 本章小结

第5章仿生水母推进实验研究

5.1 实验平台说明

5.2 控制板及舵机选型

5.3 调试运行

5.4 水池实验

5.5 本章小节

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 徐沈方

导师: 王卓,李明波

关键词: 仿生水母,运动控制,速度控制

来源: 哈尔滨工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 生物学,生物学,自动化技术

单位: 哈尔滨工程大学

分类号: TP242;Q811

DOI: 10.27060/d.cnki.ghbcu.2019.000005

总页数: 79

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