中图分类号： TP242 密级： 公开 U D C: 本校编号： 蔺州克通大警 硕士学位论文 论文题目： 水下仿生滑翔机器人 机构设计及水动力学分析 研究生姓名：王琦山 学号： 0212307 学校指导教师姓名：高溥/李宗刚 职称： 教授/教授 申请学位等级： 工学硕士学位 专业：机械制造及其自动化 论文提交日期： 2015.04 论文答辩日期：2015.06 万方数据
中图分类号： TP242 密 级： 公开 U D C： 本校编号： 硕 士 学 位 论 文 论文题目： 水下仿生滑翔机器人 机构设计及水动力学分析 研究生姓名： 王琦山 学号： 0212307 学校指导教师姓名： 高溥/李宗刚 职称： 教授/教授 申请学位等级： 工学硕士学位 专业： 机械制造及其自动化 论文提交日期： 2015.04 论文答辩日期： 2015.06 万方数据
硕士学位论文 水下仿生滑翔机器人机构设计及水动力学分析 The mechanism Design and hydrodynamic analyze of an Underwater Robotic Glider 作者姓名： 王琦山 学科、专业： 机械制造及其自动化 研究方向： 智能仿生机器人 学 号： 0212307 指导教师： 高溥/李宗刚 完成日期： 2015.03 兰州交通大学 Lanzhou Jiaotong University 万方数据
硕 士 学 位 论 文 水下仿生滑翔机器人机构设计及水动力学分析 The mechanism Design and hydrodynamic analyze of an Underwater Robotic Glider 作 者 姓 名： 王琦山 学科、 专业： 机械制造及其自动化 研 究 方 向： 智能仿生机器人 学 号 ： 0212307 指 导 教 师： 高溥/李宗刚 完 成 日 期： 2015.03 兰 州 交 通 大 学 Lanzhou Jiaotong University 万方数据
独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成 果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研 究成果，也不包含获得兰州交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解兰州交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权 兰州交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机 构送交论文的复印件和磁盘。 (保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期： 年 月日 签字日期： 年月 日 万方数据
独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成 果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研 究成果，也不包含获得 兰州交通大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 兰州交通大学 有关保留、使用学位论文的规定。特授权 兰州交通大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机 构送交论文的复印件和磁盘。 （保密的学位论文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 万方数据
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兰州交通大学硕士学位论文 摘 要 水下仿生滑翔机器人是一种新型的水下机器人，它将水下滑翔器和仿生机器鱼的优 势特征结合在一起，使得仿生滑翔机器人不仅能够在水下长时间航行，还可以提高机动 性与定位精度，这些特点使得水下仿生滑翔器在河流和湖泊等环境的水质监测、水下柱 形区域取样等领域具有广泛的应用前景。 本文设计了一种具有仿生尾鳍的水下滑翔机器人，该机构通过内部质量块的平移、 旋转、仿生尾鳍的偏置以及外部皮囊的伸缩等可实现小半径三维螺旋运动和定常滑翔运 动。在此基础上，利用流体力学理论，建立了所设计水下仿生滑翔机器人的水动力学模 型，得到了其稳态螺旋方程和定常滑翔运动方程。进而对仿生滑翔机器人三维螺旋运动 进行了分析，给出了俯仰调节机构质心位置、尾鳍角、横滚调节机构质心旋转角与转弯 半径和垂直速度之间的关系，以及每种稳态螺旋运动所对应的输出变量初值的取值范 围：同时对其定常滑翔运动进行了分析，给出了俯仰调节机构质心位置，壳体重心位置、 净浮力质量与航速和俯仰角之间的关系。本文创新点主要包括： 1.完成了水下仿生滑翔机器人机构设计。该滑翔机器人不仅可以通过仿生尾鳍驱 动，也可通过浮力调节装置实现滑翔推进，还可以实现二者混合推进。 2.建立了水下仿生滑翔机器人的水动力学建模。推导了地面坐标系、体坐标系和速 度坐标系相互之间的转换矩阵，然后依据转换矩阵推导了仿生滑翔机器人的运动学方 程，并通过分析仿生滑翔机器人所受力和力矩得到了仿生滑翔机器人的水动力学方程。 3.分析了水下仿生滑翔机器人的动力学行为。利用所得仿生滑翔机器人水动力学模 型，分析并给出了其三维螺旋运动和定常滑翔运动的性能指标以及实现条件。 关键词：水下仿生滑翔机器人；机构设计；水动力学模型；运动行为仿真 论文类型：应用基础研究 -I- 万方数据
兰州交通大学硕士学位论文 - I - 摘 要 水下仿生滑翔机器人是一种新型的水下机器人，它将水下滑翔器和仿生机器鱼的优 势特征结合在一起，使得仿生滑翔机器人不仅能够在水下长时间航行，还可以提高机动 性与定位精度，这些特点使得水下仿生滑翔器在河流和湖泊等环境的水质监测、水下柱 形区域取样等领域具有广泛的应用前景。 本文设计了一种具有仿生尾鳍的水下滑翔机器人，该机构通过内部质量块的平移、 旋转、仿生尾鳍的偏置以及外部皮囊的伸缩等可实现小半径三维螺旋运动和定常滑翔运 动。在此基础上，利用流体力学理论，建立了所设计水下仿生滑翔机器人的水动力学模 型，得到了其稳态螺旋方程和定常滑翔运动方程。进而对仿生滑翔机器人三维螺旋运动 进行了分析，给出了俯仰调节机构质心位置、尾鳍角、横滚调节机构质心旋转角与转弯 半径和垂直速度之间的关系，以及每种稳态螺旋运动所对应的输出变量初值的取值范 围；同时对其定常滑翔运动进行了分析，给出了俯仰调节机构质心位置，壳体重心位置、 净浮力质量与航速和俯仰角之间的关系。本文创新点主要包括： 1. 完成了水下仿生滑翔机器人机构设计。该滑翔机器人不仅可以通过仿生尾鳍驱 动，也可通过浮力调节装置实现滑翔推进，还可以实现二者混合推进。 2. 建立了水下仿生滑翔机器人的水动力学建模。推导了地面坐标系、体坐标系和速 度坐标系相互之间的转换矩阵，然后依据转换矩阵推导了仿生滑翔机器人的运动学方 程，并通过分析仿生滑翔机器人所受力和力矩得到了仿生滑翔机器人的水动力学方程。 3. 分析了水下仿生滑翔机器人的动力学行为。利用所得仿生滑翔机器人水动力学模 型，分析并给出了其三维螺旋运动和定常滑翔运动的性能指标以及实现条件。 关键词：水下仿生滑翔机器人；机构设计；水动力学模型；运动行为仿真 论文类型：应用基础研究 万方数据