低电压驱动仿水母式微型机器鱼的研究

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目前,已有多种类型的水下机器人被研究制作。其中绝大部分水下机器人具有传统的机械结构,由电机驱动。虽然具有运动灵活、研究理论成熟的优点,但却存在体积大、高能耗的缺点。与此同时,很多科研机构正致力于微小型机器人的研究。如果从传统的、个体较大的机器人上寻找灵感,单纯地缩小相应部件的尺寸进行安装,不但制作工艺复杂,即便制成了小型机器人也往往得不偿失。所以要求研究者寻求新的灵感方向,而一些海洋生物的精巧运动机构就能给我们以新的启发。国外一些科研机构已经或正在研究仿生物的微型“苍蝇”、“蚱蜢”和智能材料驱动的“扑翼”和鱼类。在此背景下,本文由水母汲取灵感,以生物水母为仿生对象,对低电压驱动的仿水母式微型机器鱼进行研究。论文将介绍两种仿水母式微型机器鱼——水母Ⅰ型和水母Ⅱ型。本文首先针对该两型机器鱼研究了相应的仿水母形态学参数,提出了两种微型机器鱼的设计方案,呈现了鱼体驱动机构及驱动电路的具体实现方法;然后,针对制作的鱼体进行流体力学分析,通过流体力学仿真软件模拟其水中运动的尾迹及尾部流场的压力分布等情况。最后,对水母鱼体喷水机构进行建模,并针对实物进行水下实验,测定了水母Ⅰ型和水母Ⅱ型的形态学参数,计算了推进力,并将计算结果进行比较,分析两种机构的推进效果。论文通过仿真和实验验证了系统设计的可行性。
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