仿生鱼机器人设计说明书.docx

台州黄岩区滨江公园建设工程
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仿生鱼机器人
设计说明书
目录
第一章绪论 .. 3
目的及意义 4
研究现状 . 4
本文的主要工作 4第二章概述
..5
2. 1 整体构思 ..… .5
2仿生依据 5
第三章机械结构设计 .7
..7
2创新点 8
3零件明细 9
第四章仿真分析 ..10
第五章电路设计 ..12
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第六章控制系统 ..13
第七章总结 ..17
优势及创新点
主要关键技术 .17
应用前景与趋势 ..18
不足与改进 …….18
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仿生鱼机器人设计说明书
第一章绪论
目的及意义
21世纪是海洋的世纪，占全球71%面积的海洋将是下一个世纪，也是未来人类赖以生存的资源海洋，对于 人类的发展和社会的进步将起到至关重要的作用。在民用上，海洋蕴藏着丰富的矿物资源、海洋生物资源和能 源，是人类社会可持续发展的重要财富。因此，对于海洋的开发和争夺成了很多发达国家的战略重点，而且愈 演愈烈。在各种海洋技术中，作为用在一般潜水技术不可能到达的深度或区域进行综合考察和研究并能完成 多种作业使命的水下机器人使海洋开发进入了新时代。随之“蓝色经济”越来越成为各沿海地区经济发展的 “正能量”,大规模的开发探测和利于海洋资源，已经成为我们21世纪要面对和必须解决的现实问题。另 外，军事方面对其需求也日益增加，为了适应这种需求，研 究和开发潜水器和水下机器人成为了
极佳的选择。鱼类经过长期的自然选择，具备非凡的游动能力，近年 来随着仿生技术的进步，人类纷纷模 仿自然界中鱼类的运动 方式和运动器官，即各种各样的水下机器人。世界上第一台水下机器人" Poodle ”诞 生于1953年。近20年来，水下机器人有了很大的发展，它们既可军用又可民用。到目前为止，全世界大 约 共建造了 6000多台各种各样的水下机器。水下机器人有广泛的应用空间，民用和军用均可，不仅可以代替 潜水员在深水长时间工作，降低工作风险，提高工作效率，而且还可以检测水污染状况，监测鱼类生长状 况，探测海底 火山活动状况；在军事方面，可以用于跟踪敌人的船舰和潜 艇，捕获地方军事信息，也可以降 低敌人对我军的探测几率，甚至可以携带炸药至敌人军舰处，炸毁敌方舰艇的动力系统，摧毁敌方舰队。此 外，仿鱼形水下机器人还可以应用于海洋动物园。仿鱼形水下机器人是一种集机械、智能控制与一体的高科技 设备，在民用、军事、科学研究等领域体现出了广阔的应用前景和巨大的潜在价值。
研究现状
目前仿生机器鱼的驱动方式以传统的电机驱动方式为主，由于其易于控制、驱动力大等特点，现已实现了 较好的游动性能。
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目前国内外的仿鱼形机器人的发展以各高校及科研机构为主，已取得丰富的成果。但目前国内和国外研 究 相比系统性和基础性较弱。
本文的主要工作
本文主要介绍本学期小组设计的一个基于舵机控制的仿生机器鱼，将从仿生依据、工作原理、运动特 性、
控制特点等方面详细说明小组工作成果。
第二章概述
整体构思
Arduino UNO R3控制三个舵机进行运动实现,
其具体机械结构、运动特性以及控制系统,
本小组设计的是一个基于舵机控制的仿生机器鱼，将采用
进而实现仿生鱼在水中的直行、转弯、速度控制、避障等功能。
上内容将在下文详细说明。
2仿生依据
鱼类行为学者的研究表明，大多数鱼类把身体当作推进器，身体左右摆动击水，利用其产生的反作用力使 鱼体向前推进，基于这种推进原理，学者们提出了所谓的“波动推进理论口］ ”的鱼类游动机理，该理论主 要以鱼的脊椎曲线为研究对象，鱼体之所以能够前进，是因为脊椎曲线带动它所包络的流体向后喷出，产生 推力使鱼向前，其游姿可以近似为正弦波。
设脊椎曲线包络的工作质质量为M1,躯体对地速度为VB,人是波长，f为摆动频率，工作质对地速 度 为VW,由于鱼体在水中的阻力与速度呈递增关系，故在启动瞬 间，鱼体受到的阻力可以忽略不计，因此 根据动量守恒定理有公式：
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M1 X VW=M X 0 VB (1)
通过动量守恒推出鱼类推进公式：VB二Yf入
Y是一个小于1的系数，它表征了鱼类的几何特征、体重对速度的影响，称之为动力特征系数，波动推 进假设是建立在对脊椎曲线包络的水的质量积分和动量定理之上。鱼