仿生波动推进水下机器人课件

1、仿生推进水文监测机器人指导老师：苏 智 马 勇团队成员：徐文华 陈 双 李大任 刘艳辉 哈尔滨工程大学 讲解内容 作品设计背景 设计原理 创新特色 应用前景一、作品设计背景1.水体的监测保护是我国急需解决的问题： 我国水体污染日益严重，急需能在复杂水域进行样本采集，生物习性观测的水文监测机器人。2. 现有水文监测机器人存在的问题： 现有水下机器人大多采用螺旋桨推进器。 螺旋桨推进器易被水中流沙、纤维等杂质破坏缠绕，造成螺旋桨片体损坏、电机堵转烧毁，在高杂质水域可靠性较差；且其推进效率较低； 外形优化效果较差，不利于隐蔽观察水生生物生活习性；航行阻力较大。 水生生物进化出适应水中复杂水域环境的推

2、进方式。其中乌贼的鳍波动推进水动力效率高达80%左右,能够适应复杂水体环境，灵活地规避杂质与障碍，完成进退，转向，升降等运动。 我们针对现有螺旋桨推进的缺陷结合仿生鳍波动推进的优点设计一种仿生推进水文监测机器人。二、设计原理（1）.建立波动运动模型 鳍的波动产生推进波。两侧的波动鳍可以产生前后两个方向的力，实现前进后退，原地转向运动。2.1设计波动推进机构 我们设计一种运动机构，通过曲柄摆杆组的有序摆动，实现正弦规律的波动运动。（2）.设计运动机构（3）.实际运动机构 在摆动杆组上加装翼面，组成波动鳍推进系统。加装翼面（4）.鳍波动运动2.2 外壳的设计 （1）.为了降低航行阻力，让机器人与水

3、体环境融为一体，方便观察水生生物习性，我们根据仿生学原理设计出一种低阻力外壳，并通过CFD软件进行优化。具有与内部结构契合较好，与水体环境融合度较高，航行阻力较小的优点。 内部结构内部结构 fluent阻力计算阻力计算（2）.外壳材料选用有机玻璃板与pvc板，具有强度较高、表面光滑、易于加工的优点。外壳整体结构轻便，结实而美观。CAD设计图纸设计图纸 实际外壳实际外壳2.3 外挂架的设计(1).外挂架可以作为载体加装样本采集，摄像头，声波探测 水质分析等模块；(2).外挂架可以为波动鳍提供保护，避免外界物体对波动鳍 的撞击破坏。 前挂架前挂架 后挂架后挂架 2.4 水文监测功能设计 仿生推进机

4、器人是一种航行性能优异而可靠的平台，通过在外挂架加装防水摄像头、无线数据传输、样本采集等装置，能够实现采集图像、拍摄录像和采集各种样本，并将收集到的信息传输到陆地处理设备等功能。 同时由于仿生机器人的低阻力翼型外壳和灵活的游动姿态，使其对水生生物的生活习惯和迁徙现象的监测的优势更明显，能够采集更真实的信息，对水生生物自身和其活动所反映的污染现象的研究有更大的帮助。 2.6 机器人的运动演示原地转向与前进原地转向与前进机器人的运动演示下潜下潜三、创新特色（1）.仿生波动推进相较于螺旋桨推进更加能够适应于高杂质、高污染海域，推进系统不易被杂质破坏、缠绕，更具可靠性；（2）.仿生波动推进方式灵活性更强，效率更高，水下工作时间更久；（3）.低阻力外壳水动力学性能较好，可减小对周围水生生物的影响，最大化还原水体环境，更有利于研究水生生物生活习惯；（4）.可通过加装摄像头、无线数据传输、多参数水质检测仪等装置能够实现水质的综合监测。四、应用前景 本机器人，推进方式灵活可靠、功能多样化、造价低、绿色环保。依托于探测母船，在一片水域投放数十个此种机器人，可以快速对大片水域实施水文情况探测、渔业资源探测及开展多种水生生物研究，契合生态水利的发展理念。 能够在高污染、杂质含量高等螺旋桨推进器无法可靠工作的水域