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水下机器人在海洋环境、资源探测以及海洋考察等领域有着广泛的应用前景。良好设计的水下机器人,能够克服海洋缺氧,高压等恶劣环境,到达人类难以到达的海洋深处去进行探测,极大的扩展了对未知领域的探测能力。
水下机器人的外形,对其快速性,操纵性等性能均有重要影响。以往的外形设计,通常是借鉴已知的水下机器人线型,并根据实际需求修改而成,整个过程费时费力,且不便于后期的修改。如何提高设计效率,降低建模难度,并寻求最优化设计,成为科研人员追求的目标。针对这一问题,本文首先参阅了大量国内外文献,并针对水下机器人外形设计的实际需求,实现了水下机器人型线的参数化建模,并对该方法的精度进行了研究,证明了该方法具有建模参数少,建模精度高等优点。
在型线的参数化建模基础上,研究了三维模型的参数化方法,并给出其表达式,在理论上实现了三维建模。为了便于实际应用,结合我所的实际情况,选择对三维建模软件SolidWorks进行二次开发,编写了水下机器人参数化建模软件,实现了模型在SolidWorks中的自动生成,方便后续的设计。本软件不但能够对已知线型进行参数化设计,以方便后续的优化设计,同时也能够根据实际需要,设计新的线型,具有很高的实用价值。
完成三维模型的生成后,根据计算流体力学理论,结合实际情况实现了在iSIGHT平台下的多学科设计软件的集成,并完成了具有最小阻力外形的型线的搜索。整个过程人工干预少,在一定程度上实现了自动设计,极大的提高了工作效率。