摘要
水下机器人在海洋环境监测、海洋资源探测和开发等民用领域和军事领域都有广阔的应用前景和巨大的潜在价值，吸引了人们的极大关注。为了完成海洋环境勘探、海底样本采集等任务，要求水下机器人在低速条件下具有良好的机动性与稳定性。水下生物的高效率、低噪声、高机动性等优点，使其成为科学家们研制新型高速、低噪音、机动灵活的防水水下机器人模仿的对象。因此，基于仿生学原理，研究新型水下机器人仿生驱动方式，探讨仿生推进操纵方法，并分析其水动力性能，研制仿生推进实验样机，对于探索小型中低速水下机器人新型驱动方式，提高其灵活性、稳定性和机动性能，具有重要的研究意义。 本文对鸭子在水中的划水运动和脚蹼的结构特点进行了详细分析，基于仿生学原理，设计了一种新型水下机器人仿鸭蹼式推进机构，使其能够模仿鸭蹼的运动形式，为水下机器人本体提供动力，建立了仿生推进机构的三维模型，采用指数积公式分析其运动问题，得到整个仿生推进系统各个构件的速度以及加速度表达式，求得系统的广义主动力和广义惯性力，采用Kane方程建立该仿生推进系统的简化动力学模型，对其进行计算分析。 为验证该推进机构是否能够满足既定要求，本文利用机械系统动力学软件ADAMS建立了整个系统的简化动力学模型，并对该模型进行了运动仿真与动力学分析，分析结果表明该仿生推进机构能够较为真实的模拟鸭子的划水运动，为水下机器人本体提供前进和姿态保持的动力。最后，利用流体分析软件Fluent对该仿生推进机构进行了不同姿态下的水动力学状况分析。 为进一步验证该推进机构的性能与推进效果，本文根据机构设计图制作了简易水下机器人仿生推进系统的实验装置，采用舵机控制推进机构运动，无线电加速度传感器测量其各项数据，并用一台小型水下摄像机监测推进机构的工作状况，对整个仿生推进系统进行了动力学实验研究。对实验数据进行处理和分析，并于ADAMS仿真数据进行对比和验证，对比结果进一步证明本文设计的仿生推进机构的可行性与可靠性。
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