仿生机器鱼机构设计及力学分析

摘要

水下资源的开发，正在成为许多科研项目的重点。
　　文章中的仿生机器鱼以鲹科类的鱼为原型，这种类型的仿生机器鱼具有较好的推进效率，较好的推进速度和良好的可控性等优点。通过对其游动机理的分析研究，设计出四关节的仿生机器鱼。建立了参数化的四关节仿生机器鱼尾鳍运动的数学模型，并对推进过程进行了动力学和运动学分析。以四关节仿生机器鱼为研究对象，根据鱼体波运动曲线方程，推导出仿生机器鱼四个关节转动的数学模型。通过设置不同的振幅系数和偏振系数，运用MATLAB仿真软件，得到不同的运动曲线。从而为四关节仿生机器鱼的动力学建模提供理论基础。
　　仿生机器鱼通过使用拉格朗日方法进行运动学建模和通过Fluent软件仿真这两种方法，实现了一种交互反馈。这两种方法支持用户在理解机器鱼周围的水动力性能上，比其他常见的，只基于水动力分析的图形更深入地可观察。人类能观察到，在水中对机器鱼施加的力，也可以观察到场分布方式，更能测量到速度和压力等水动力分析参数的影响力。
　　这篇论文的最主要的贡献就是通过Fluent软件由用户定义仿生机器鱼的运动函数，成功的进行流体动力学的动态仿真。动态网格被用于模拟仿生机器鱼在水下的运动。通过已经完成的水动力分析而得到的比较有关流体动力学的指导数据，来提高控制仿生机器鱼的能力。

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第1章 绪论

1.1动机

1.2 仿生机器鱼的国内外研究现状

1.3目标与方法

1.4 论文大纲

1.5 研究内容

第2章 仿生机器鱼系统设计

2.1 机器鱼的研发问题与结构组成

2.2 仿生机器鱼的机构设计

2.3 控制系统

2.4 仿生机器鱼的运动控制

2.5 本章小结

第3章 仿生机器鱼的运动学和动力学建模

3.1 引言

3.2 问题构想

3.3 拉格朗日法方程的运用

3.4机器鱼动力学建模

3.5 机器鱼的运动学分析

3.6 机器鱼流体建模

3.7 本章小结

第4章 机器鱼的水动力分析

4.1 流体控制方程

4.2 湍流理论

4.3 数值仿真体系的建立

4.4 仿生机器鱼模型的简化处理

4.5 网格划分策略

4.6 Fluent中参数的设置

4.7 求解结果分析

第5章 结论

5.1选题的主要结论

5.2 研究工作的后续可延拓问题

参考文献

致谢

作者简历