轮桨一体式两栖机器人的研制

摘要

随着社会的发展和科技的进步,人们越来越认识到两栖生态环境的重要性,它不但有重要的生态价值还有很强的军事价值。然而目前对其的开发保护还处于初级阶段,进行环境监测、情报搜集所采用的主要是轮式小车,不具有两栖能力,能直接进行应用的两栖机器人也很少。
　　本课题的目的是研制一台两栖机器人,它将应用于对两栖环境的保护、开发和军事作战。该机器人以轮桨一体式的推进器为动力,最终将组成机器人群,并以网络为平台进行动作协调、任务分配。为此本课题做了一下研究工作:
　　首先,针对两栖机器人在水面的效率问题和对沼泽的适应性问题,结合越野轮胎和动蹼明轮原理,本文提出一种新型轮桨一体式推进器,并结合机器人本体的结构设计,提出设计流程,对推进器进行了设计。在设计的同时,在Fluent中对机器人本体进行了流体力学仿真,以期获得更优的设计结果。为验证设计的合理性,在Adams中对明轮机构进行动态仿真,得到各桨叶在水中的角度曲线。
　　其次,针对机器人的水面稳定性问题,结合船舶相关理论将其分为三个部分:小倾角稳性、大倾角稳性和动稳性。采用等体积倾斜水线方法求出小倾角时机器人的稳性半径和稳性高;针对本机器人的具体情况,将变排水量计算法和积分法融合,对大倾角稳性进行了分析,并得到稳性横截曲线图;根据求得的静稳性曲线和动能定理,得到了动稳性臂曲线。
　　最后,根据设计模型加工制作了机器人样机,并对其进行密封处理。为检验机器人样机在速度、密封性和水陆环境切换等方面的性能,分别进行了陆地和水面实验,实验证明样机符合预期的各项指标。

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第1章 绪 论

1.1课题的来源

1.2课题的背景和意义

1.3国内外研究现状

1.4本文的主要研究内容

第2章 机器人的设计和仿真

2.1引言

2.2设计指标和设计方案

2.3机器人本体部分设计

2.4明轮推进机构设计

2.5机器人水中流体动力学仿真

2.6明轮机构Adams仿真

2.7本章小结

第3章 机器人水面稳性分析

3.1引言

3.2基本理论

3.3机器人水面小倾角稳性分析

3.4机器人水面大倾角稳性分析

3.5机器人水面动稳性分析

3.6本章小结

第4章 样机制作与实验研究

4.1引言

4.2实验样机的制作

4.3陆地实验

4.4水面实验

4.5本章小结

结论

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

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