仿蜥蜴水上快速运动机器人基础技术研究.pdf

1、蛇怪蜥蜴依靠自身质量、特征长度、行走速度和脚掌形状等因素的相互作用和协调使之能自由行走于水面上。它必须通过脚掌在水面上的拍击和扑水过程创造一个空气腔来提供大于自身重量的足够的升力;此外,它必须在空气腔消失之前移动它的脚掌,使其离开水面;本文主要模仿蛇怪蜥蜴在水面快速行走功能的运动机理构建仿蜥蜴快速运动机器人,建立机器人单腿驱动机构运动理论模型及相应的仿真模型并进行分析研究,建立机器人脚掌计算流体动力学分析模型并进行仿真分析研究,建立机器

2、人整机三维模型并进行运动学仿真分析。主要研究内容如下:
　　1.在研究仿生原型蛇怪蜥蜴水上运动特性的基础上,提出一种仿蜥蜴水上快速运动机器人腿部四杆驱动机构—曲柄摇杆四杆机构,一种用较小的能量获得较大升力的腿部驱动装置,建立了单腿驱动机构的数学模型,并对其进行运动学分析与仿真;研究了如何使机器人的步伐与蜥蜴原型运动轨迹最接近。
　　2.考虑到仿蜥蜴水上快速运动机器人在水面环境工作这一特征,以计算流体动力学理论为基础,研究机器

3、人在水面上快速运动时水与脚掌之间的相互作用,并结合计算流体动力学分析软件FLUENT建立对机器人脚掌进行计算流体动力学分析的模型,采用动网格方法对机器人脚掌进行水力学分析与研究;得出机器人脚掌在水面上运动所需的升力与时间,为机器人结构设计和实际控制提供了理论依据。
　　3.考虑到仿蜥蜴水上快速运动机器人仿生原形结构特点,建立仿蜥蜴水上快速运动机器人总体设计模型,同时考虑到仿蜥蜴水上快速运动机器人在水面运动时的摇摆稳定性,提出了在机