硕士学位论文 仿生鳐鱼的结构设计与实验研究 (学术型) STRUCTURE DESIGN AND EXPERIMENTAL RESEARCH OF BIOMIMETIC RAYS (ACADEMIC) 高帅 哈尔滨工业大学 2014年7月 万方数据
硕士学位论文 仿生鳐鱼的结构设计与实验研究 （学术型） STRUCTURE DESIGN AND EXPERIMENTAL RESEARCH OF BIOMIMETIC RAYS (ACADEMIC) 高帅 哈尔滨工业大学 2014 年 7 月 万方数据
国内图书分类号：TP552 学校代码：10213 国际图书分类号：621 密级：公开 工学硕士学位论文 仿生鳐鱼的结构设计与实验研究 (学术型) 硕士研究生：高帅 导 师：石胜君副教授 申请学位：工学硕士 学 科：机械电子工程 所在单位：机电工程学院 答辩日期：2014年7月 授予学位单位：哈尔滨工业大学 万方数据
国内图书分类号：TP552 学校代码：10213 国际图书分类号：621 密级：公开 工学硕士学位论文 仿生鳐鱼的结构设计与实验研究 （学术型） 硕士研究生：高 帅 导 师：石胜君 副教授 申请学位：工学硕士 学 科：机械电子工程 所 在 单 位：机电工程学院 答 辩 日 期：2014 年 7 月 授予学位单位：哈尔滨工业大学 万方数据
Classified Index:TP552 U.D.C:621 Dissertation for the Master Degree in Engineering STRUCTURE DESIGN AND EXPERIMENTAL RESEARCH OF BIOMIMETIC RAYS (ACADEMIC) Candidate: Gao Shuai Supervisor: Associate Prof.Shi Shengjun Academic Degree Applied for: Master of Engineering Speciality: Mechanical and Electronic Engineering Affiliation: School of Mechatronics Engineering Date of Defence: July,2014 Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology 万方数据
Classified Index: TP552 U.D.C: 621 Dissertation for the Master Degree in Engineering STRUCTURE DESIGN AND EXPERIMENTAL RESEARCH OF BIOMIMETIC RAYS (ACADEMIC) Candidate： Gao Shuai Supervisor： Associate Prof. Shi Shengjun Academic Degree Applied for： Master of Engineering Speciality： Mechanical and Electronic Engineering Affiliation： School of Mechatronics Engineering Date of Defence： July, 2014 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 万方数据
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 摘要 由于陆地资源和空间日益枯竭的现实背景以及人类活动空间不断扩大的需要， 人类开始将开发和探索的目光转向了海洋，这一现实需要必将大大促进水下推进 器的发展。 以鳐鱼为代表的波动鳍推进模式的鱼类在隐蔽性、机动性方面具有超凡的优 越性，而目前针对鳐鱼的仿生学研究又较少，本文以鳐鱼为仿生对象，设计了一 套仿生鳐鱼推进系统，并通过实验研究波动鳍推进方式的可行性以及优越性。 本文以现有的鳐鱼仿生研究成果为基础，通过已建立的鳐鱼物理学模型、运 动学模型以及动力学模型，以机动性、低扰动性等性能为设计目标，设计了一套 仿生鳐鱼实验装置，重点解决了仿生实验装置的结构设计、防水密封、重力和浮 力计算以及质量分布等问题。该实验装置能在水中保持正确姿态，可在水中实现 推进、转弯、逆向游动等功能，很好地实现了对鳐鱼胸鳍波动运动的模仿。 本文以现有的鳐鱼水动力学仿真结果为依据，设计实验分析了鳐鱼波动频率、 胸鳍波数以及波动振幅等关键参数对鳐鱼推进性能以及转弯和逆向游动等机动特 性的影响，通过控制变量法分别研究了上述关键参数对推进速度、系统推进力和 平均转弯角速度等主要性能指标的作用和影响，证明了波动推进方式的可行性以 及该类推进方式在机动性方面的优越性。 关键词：仿生鳐鱼：实验研究：推进性能：机动性能 万方数据
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 -I- 摘要 由于陆地资源和空间日益枯竭的现实背景以及人类活动空间不断扩大的需要， 人类开始将开发和探索的目光转向了海洋，这一现实需要必将大大促进水下推进 器的发展。 以鳐鱼为代表的波动鳍推进模式的鱼类在隐蔽性、机动性方面具有超凡的优 越性，而目前针对鳐鱼的仿生学研究又较少，本文以鳐鱼为仿生对象，设计了一 套仿生鳐鱼推进系统，并通过实验研究波动鳍推进方式的可行性以及优越性。 本文以现有的鳐鱼仿生研究成果为基础，通过已建立的鳐鱼物理学模型、运 动学模型以及动力学模型，以机动性、低扰动性等性能为设计目标，设计了一套 仿生鳐鱼实验装置，重点解决了仿生实验装置的结构设计、防水密封、重力和浮 力计算以及质量分布等问题。该实验装置能在水中保持正确姿态，可在水中实现 推进、转弯、逆向游动等功能，很好地实现了对鳐鱼胸鳍波动运动的模仿。 本文以现有的鳐鱼水动力学仿真结果为依据，设计实验分析了鳐鱼波动频率、 胸鳍波数以及波动振幅等关键参数对鳐鱼推进性能以及转弯和逆向游动等机动特 性的影响，通过控制变量法分别研究了上述关键参数对推进速度、系统推进力和 平均转弯角速度等主要性能指标的作用和影响，证明了波动推进方式的可行性以 及该类推进方式在机动性方面的优越性。 关键词：仿生鳐鱼；实验研究；推进性能；机动性能 万方数据
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 Abstract Due to the reality of the increasing depletion of land resources and the expanding needs of human activity space,human began to turn to develop and explore the ocean which will greatly promote the development of underwater propulsion.The pectoral fin-propelled fish,representative by rays,are characterized by extraordinary superiority in concealment and maneuverability and bionics research on batoid can not match the practical needs of reality.This article will choose batoid as the bionic object and design a bionic pectoral fin-propelled propulsion system to verify the feasibility and superiority of fin-propelled propulsion by experiment. This paper will design a bionic-batoid experimental device on the basis of existing bionic research on batoid which contains the existing physical model,kinematic model and dynamic model,focused on solving the key issues of structural design,waterproof seal,the calculation of gravity and buoyancy.The experimental propulsion system can maintain a proper position in the water and realize the bionic movement of batoid. This paper,on the basis of existing results of hydrodynamic simulation on batoid, design experiments to analyze the effect of the key parameters such as frequency of fluctuation,wave number and amplitude of fluctuation on performance of the bionic batoid and investigate the influence of key parameters on key performance indicators such as the speed of propulsion,the propulsion of system,the turning radius and the average velocity of turning angular.The research in this paper verify the correctness of the simulation results and prove the feasibility and superiority of fin-propelled propulsion. Key words:bionic batoid,experimental study,propulsion performance,mobilit 万方数据
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 -IIAbstract Due to the reality of the increasing depletion of land resources and the expanding needs of human activity space, human began to turn to develop and explore the ocean, which will greatly promote the development of underwater propulsion. The pectoral fin-propelled fish, representative by rays, are characterized by extraordinary superiority in concealment and maneuverability and bionics research on batoid can not match the practical needs of reality. This article will choose batoid as the bionic object and design a bionic pectoral fin-propelled propulsion system to verify the feasibility and superiority of fin-propelled propulsion by experiment. This paper will design a bionic-batoid experimental device on the basis of existing bionic research on batoid which contains the existing physical model, kinematic model and dynamic model, focused on solving the key issues of structural design, waterproof seal, the calculation of gravity and buoyancy. The experimental propulsion system can maintain a proper position in the water and realize the bionic movement of batoid. This paper, on the basis of existing results of hydrodynamic simulation on batoid, design experiments to analyze the effect of the key parameters such as frequency of fluctuation, wave number and amplitude of fluctuation on performance of the bionic batoid and investigate the influence of key parameters on key performance indicators such as the speed of propulsion, the propulsion of system, the turning radius and the average velocity of turning angular. The research in this paper verify the correctness of the simulation results and prove the feasibility and superiority of fin-propelled propulsion. Key words: bionic batoid, experimental study, propulsion performance, mobilit 万方数据
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 目录 摘要 Abstract II 第1章绪论… 。。。。。。。。。。。 1.1课题的来源及研究的背景和意义 .1 1.1.1课题的来源 1.1.2课题研究的背景和意义 1.2国内外研究现状 2 1.2.1国内仿生鱼研究现状 2 1.2.2国外仿生鱼研究现状 .7 1.2.3现有研究存在的问题 9 1.3本课题主要研究内容 9 1.4技术难点分析...… 10 第2章鳐鱼的仿生学基础及动力学模型 11 2.1仿生对象的介绍 11 2.2物理模型的建立… 12 2.3运动学模型的建立 14 2.4动力学模型的建立 15 2.5本章小结. 21 第3章仿生鳐鱼的本体设计 22 3.1引言… 22 3.2仿生鳐鱼本体设计原则 22 3.3仿生鳐鱼的本体结构设计 23 3.3.1仿生鳐鱼的整体结构设计 23 3.3.2仿生鳐鱼的外壳制作 23 3.3.3波动胸鳍的制作.… 25 3.3.4摆动机构的设计 26 3.3.5仿生鳐鱼的驱动选择 28 3.3.6仿生鳐鱼传动机构的设计 29 3.3.7仿生鳐鱼防水密封的设计 30 3.3.8仿生鳐鱼质量分布及重力和浮力的计算 33 3.4本章小结 35 -- 万方数据
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 -III- 目录 摘要 .........................................................................................................................I Abstract.................................................................................................................. II 第 1 章 绪论...........................................................................................................1 1.1 课题的来源及研究的背景和意义............................................................1 1.1.1 课题的来源 ...................................................................................1 1.1.2 课题研究的背景和意义................................................................1 1.2 国内外研究现状 .......................................................................................2 1.2.1 国内仿生鱼研究现状....................................................................2 1.2.2 国外仿生鱼研究现状....................................................................7 1.2.3 现有研究存在的问题.....................................................................9 1.3 本课题主要研究内容 ...............................................................................9 1.4 技术难点分析 ......................................................................................... 10 第 2 章 鳐鱼的仿生学基础及动力学模型.......................................................... 11 2.1 仿生对象的介绍 ..................................................................................... 11 2.2 物理模型的建立 ..................................................................................... 12 2.3 运动学模型的建立 ................................................................................. 14 2.4 动力学模型的建立 ................................................................................. 15 2.5 本章小结................................................................................................ 21 第 3 章 仿生鳐鱼的本体设计 ............................................................................. 22 3.1 引言......................................................................................................... 22 3.2 仿生鳐鱼本体设计原则 ......................................................................... 22 3.3 仿生鳐鱼的本体结构设计 ..................................................................... 23 3.3.1 仿生鳐鱼的整体结构设计........................................................... 23 3.3.2 仿生鳐鱼的外壳制作................................................................... 23 3.3.3 波动胸鳍的制作 .......................................................................... 25 3.3.4 摆动机构的设计 .......................................................................... 26 3.3.5 仿生鳐鱼的驱动选择................................................................... 28 3.3.6 仿生鳐鱼传动机构的设计........................................................... 29 3.3.7 仿生鳐鱼防水密封的设计........................................................... 30 3.3.8 仿生鳐鱼质量分布及重力和浮力的计算 ................................... 33 3.4 本章小结................................................................................................. 35 万方数据
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 第4章仿生鳐鱼的推进性能实验 36 4.1引言 36 4.2推进实验参数 36 4.3仿生鳐鱼推进速度的实验研究 .36 4.3.1推进速度实验目的 36 4.3.2推进速度实验方案 36 4.3.3推进速度实验内容 .37 4.3.4推进速度实验结果 38 4.4仿生鳐鱼系统推进力实验研究 40 4.4.1推进力实验目的 40 4.4.2推进力实验方案 40 4.4.3推进力实验内容 40 4.4.4推进力实验结果 41 4.5本章小结.… 43 第5章仿生鳐鱼的转弯性能实验 44 5.1引言..… 44 5.2转弯实验参数 44 5.3鳐鱼转弯特性的实验研究 44 5.3.1转弯实验目的 44 5.3.2转弯实验方案 44 5.3.3转弯实验内容. 45 5.3.4转弯实验结果 46 5.4仿生鳐鱼的逆向游动性能的实验研究 49 5.4.1逆向游动实验目的… 49 5.4.2逆向游动实验方案 49 5.4.3逆向游动实验内容… 49 5.4.4逆向游动实验结果 49 5.5本章小结 51 52 结论 参考文献 。。。。。，。。，+。。。。。。， 53 哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明 56 57 致谢4 -IV. 万方数据
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 -IV- 第 4 章 仿生鳐鱼的推进性能实验...................................................................... 36 4.1 引言......................................................................................................... 36 4.2 推进实验参数 ......................................................................................... 36 4.3 仿生鳐鱼推进速度的实验研究.............................................................. 36 4.3.1 推进速度实验目的 ...................................................................... 36 4.3.2 推进速度实验方案 ...................................................................... 36 4.3.3 推进速度实验内容 ...................................................................... 37 4.3.4 推进速度实验结果 ...................................................................... 38 4.4 仿生鳐鱼系统推进力实验研究.............................................................. 40 4.4.1 推进力实验目的 .......................................................................... 40 4.4.2 推进力实验方案 .......................................................................... 40 4.4.3 推进力实验内容 .......................................................................... 40 4.4.4 推进力实验结果 .......................................................................... 41 4.5 本章小结................................................................................................. 43 第 5 章 仿生鳐鱼的转弯性能实验...................................................................... 44 5.1 引言......................................................................................................... 44 5.2 转弯实验参数 ........................................................................................ 44 5.3 鳐鱼转弯特性的实验研究..................................................................... 44 5.3.1 转弯实验目的 .............................................................................. 44 5.3.2 转弯实验方案 .............................................................................. 44 5.3.3 转弯实验内容 .............................................................................. 45 5.3.4 转弯实验结果 .............................................................................. 46 5.4 仿生鳐鱼的逆向游动性能的实验研究 .................................................. 49 5.4.1 逆向游动实验目的 ...................................................................... 49 5.4.2 逆向游动实验方案 ...................................................................... 49 5.4.3 逆向游动实验内容 ...................................................................... 49 5.4.4 逆向游动实验结果 ...................................................................... 49 5.5 本章小结................................................................................................. 51 结论 ...................................................................................................................... 52 参考文献............................................................................................................... 53 哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明 .................................... 56 致 谢................................................................................................................... 57 万方数据
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 第1章绪论 1.1课题的来源及研究的背景和意义 1.1.1课题的来源 本课题来源于国家自然科学基金（资助号：50905040）。 1.1.2课题研究的背景和意义 伴随着人类社会文明的发展和技术的进步，人类的活动领域和探索空间也不 断扩大。但是，由于人类的无节制开采，地球上陆地资源日趋枯竭。因此，人类 开始将目光投向海洋，人类对海洋的开发利用已逐渐成为当前科学研究的热点，2]。 适应海洋环境的水下推进器是人类开发和勘探海洋资源所必需的，因此，能够适 应海洋环境的水下推进器具有广阔的应用前景现实的背景和需要必将大大促进水 下推进器的发展]。 目前，绝大多数的水下推进器采用了螺旋桨推进系统4，通过螺旋浆桨叶在水 中的转动推动水流向后运动，从而将发动机的转动运动转化为推进器向前推进的 运动。以螺旋桨作为推进系统的水下推进器，存在诸多缺点，例如系统体积大、 重量大、瞬时响应的严重滞后、能量转化率低、效果差、可靠性难以保证、机动 性能差、推进噪音大以及产生较大尾涡等先天性的劣势)。由于螺旋桨推进器具有 上述缺点，所以传统的螺旋桨推进系统已经不能很好地满足水下推进器高效率、 高机动性、运动灵活等要求。 人类通过对海洋生物大范围、长时间的观测和研究发现，以蝠鲼、大西洋牛 鼻鲼等为典型代表的鳐形目鱼类，具有良好的运动性能，游动机动性强，鱼鳍受 载面积大，游动扰动小，擅长长距离迁徙游动，并且能够跃出水面阿，其超凡的游 动机动性能、低扰动性和高效率是传统的螺旋桨推进系统所望尘莫及的门。鳐鱼的 游动推进模式具有高机动性、低扰动性以及高效率等传统推进系统所不具备的优 点，为人类研究和开发能够更好地适应海洋水下环境的推进系统提供了模仿对象[⑧] 故本文将以鳐鱼作为仿生对象，设计仿生鳐鱼实验装置，通过实验验证鳐鱼胸鳍 波动推进方式的可行性和优越性。 -1- 万方数据
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 -1- 第 1 章 绪论 1.1 课题的来源及研究的背景和意义 1.1.1 课题的来源 本课题来源于国家自然科学基金（资助号：50905040）。 1.1.2 课题研究的背景和意义 伴随着人类社会文明的发展和技术的进步，人类的活动领域和探索空间也不 断扩大。但是，由于人类的无节制开采，地球上陆地资源日趋枯竭。因此，人类 开始将目光投向海洋,人类对海洋的开发利用已逐渐成为当前科学研究的热点[1,2]。 适应海洋环境的水下推进器是人类开发和勘探海洋资源所必需的，因此，能够适 应海洋环境的水下推进器具有广阔的应用前景,现实的背景和需要必将大大促进水 下推进器的发展[3]。 目前，绝大多数的水下推进器采用了螺旋桨推进系统[4]，通过螺旋浆桨叶在水 中的转动推动水流向后运动，从而将发动机的转动运动转化为推进器向前推进的 运动。以螺旋桨作为推进系统的水下推进器，存在诸多缺点，例如系统体积大、 重量大、瞬时响应的严重滞后、能量转化率低、效果差、可靠性难以保证、机动 性能差、推进噪音大以及产生较大尾涡等先天性的劣势[5]。由于螺旋桨推进器具有 上述缺点，所以传统的螺旋桨推进系统已经不能很好地满足水下推进器高效率、 高机动性、运动灵活等要求。 人类通过对海洋生物大范围、长时间的观测和研究发现，以蝠鲼、大西洋牛 鼻鲼等为典型代表的鳐形目鱼类，具有良好的运动性能，游动机动性强，鱼鳍受 载面积大，游动扰动小，擅长长距离迁徙游动，并且能够跃出水面[6]，其超凡的游 动机动性能、低扰动性和高效率是传统的螺旋桨推进系统所望尘莫及的[7]。鳐鱼的 游动推进模式具有高机动性、低扰动性以及高效率等传统推进系统所不具备的优 点，为人类研究和开发能够更好地适应海洋水下环境的推进系统提供了模仿对象[8] , 故本文将以鳐鱼作为仿生对象，设计仿生鳐鱼实验装置，通过实验验证鳐鱼胸鳍 波动推进方式的可行性和优越性。 万方数据
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 1.2国内外研究现状 1.2.1国内仿生鱼研究现状 自然界鱼类种群分类有多种，目前，仿生学研究者主要依据鱼类产生推进力 的具体部位和特点对鱼类进行分类，可分为两种：BCF模式(Body and Caudal Fin, 身体/尾鳍模式)和MPF模式(Median and/or Paired Fin,中央鳍/对鳍模式)[9,1o。 这两种模式的区别在于鱼类产生动力的部位不同，BC℉模式鱼类游动的推进力主 要来源于身体或者尾鳍的摆动，如鲹科、鲔科模式等：MP℉模式鱼类游动的推进 力主要来源于成对的胸鳍或者背鳍的运动，其他部位的鱼鳍只起辅助作用，保证 鱼体游动的稳定性等。 本文的研究对象为鳐鱼，该种鱼按推进力产生的具体部位分类属于中央鳍/对 鳍模式鱼类。考虑到两种不同模式鱼类研究内容的差异，本章主要介绍关于中央 鳍/对鳍模式鱼类的研究现状。 国内比较早开始以中央鳍/对鳍模式鱼类作为研究对象进行研究的机构主要有 国防科技大学、北京航空航天大学等高校。 2005年，国防科技大学李非等以尼罗河魔鬼鱼为研究对象，进行了仿生学 研究。该研究对象尼罗河魔鬼鱼属弓鳍目或鳞鲀科鱼类，主要依靠鱼体上背鳍或 者臀鳍的运动产生推进力，按推进模式分类属于MP℉（中央鳍/对鳍）模式。该研 究主要通过观察和分析魔鬼鱼背鳍推进模式的游动特点，进行抽象和简化，以背 鳍/臀鳍波动运动为原型建立运动学模型，并研究相关运动学参数对鱼类推进性能 的影响，未设计实验样机进行相关理论的实验验证。 2006年国防科技大学的谢海滨12等人，根据模块化设计的基本思想，设计了 多波动鳍推进的仿生水下机器人，如图1-1所示，该研究通过实验证明了多鳍协同 波动可有效的提高水下机器人游动的稳定性能。 园促停9伊 图1-1多波动鳍仿生水下机器鱼 -2- 万方数据
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 -2- 1.2 国内外研究现状 1.2.1 国内仿生鱼研究现状 自然界鱼类种群分类有多种，目前，仿生学研究者主要依据鱼类产生推进力 的具体部位和特点对鱼类进行分类，可分为两种：BCF 模式（Body and Caudal Fin, 身体/尾鳍模式）和 MPF 模式（Median and/or Paired Fin, 中央鳍/对鳍模式）[9,10]。 这两种模式的区别在于鱼类产生动力的部位不同，BCF 模式鱼类游动的推进力主 要来源于身体或者尾鳍的摆动，如鲹科、鲔科模式等；MPF 模式鱼类游动的推进 力主要来源于成对的胸鳍或者背鳍的运动，其他部位的鱼鳍只起辅助作用，保证 鱼体游动的稳定性等。 本文的研究对象为鳐鱼，该种鱼按推进力产生的具体部位分类属于中央鳍/对 鳍模式鱼类。考虑到两种不同模式鱼类研究内容的差异，本章主要介绍关于中央 鳍/对鳍模式鱼类的研究现状。 国内比较早开始以中央鳍/对鳍模式鱼类作为研究对象进行研究的机构主要有 国防科技大学、北京航空航天大学等高校。 2005 年，国防科技大学李非[11]等以尼罗河魔鬼鱼为研究对象，进行了仿生学 研究。该研究对象尼罗河魔鬼鱼属弓鳍目或鳞鲀科鱼类，主要依靠鱼体上背鳍或 者臀鳍的运动产生推进力，按推进模式分类属于 MPF（中央鳍/对鳍）模式。该研 究主要通过观察和分析魔鬼鱼背鳍推进模式的游动特点，进行抽象和简化，以背 鳍/臀鳍波动运动为原型建立运动学模型，并研究相关运动学参数对鱼类推进性能 的影响,未设计实验样机进行相关理论的实验验证。 2006 年国防科技大学的谢海滨[12]等人，根据模块化设计的基本思想，设计了 多波动鳍推进的仿生水下机器人，如图 1-1 所示，该研究通过实验证明了多鳍协同 波动可有效的提高水下机器人游动的稳定性能。 图 1-1 多波动鳍仿生水下机器鱼 万方数据
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 王光明]等人同样以弓鳍目尼罗河魔鬼鱼作为研究对象，参照柔性波动长背 鳍的运动形式，针对波动长鳍柔性大变形特征，提出以刚性鳍条固连柔性蒙皮模仿 波动长鳍的简化模型，并提出了柔性波动长鳍的简化运动学模型。 2007年，国防科技大学的章永华14等人以电鳗目黑魔鬼刀鱼作为仿生对象， 采用形状记忆合金SMA作为驱动，设计了一套仿生鱼鳍装置，如图1-2所示，并 通过实验波动推进模式的推进力和推进速度等参数进行了实验验证。 推进置主体 电 图1-2SMA驱动仿生鱼模型 2008年，章永华再以蓝点魟鱼作为研究对象，研制了一套胸鳍波动推进实验 样机，如图1-3所示。该样机外形形状以蓝点魟鱼作为参考对象，采用舵机驱动， 主要由鱼体和胸鳍两部分组成，鱼体部分主要由轻质铝合金薄板以及固定在该薄 板上的舵机组成，胸鳍部分主要包括刚性鳍条和柔性蒙皮，鳍条材料选用硬铝合 金，蒙皮材料选用橡胶薄膜。实验样机工作时，由舵机驱动鳍条做往复性摆动， 并且各个鳍条间保持固定的相位差，通过鳍条迫使柔性蒙皮产生波形，模仿胸鳍 波动运动。上述样机利用如图1-4所示的实验装置进行实验研究，该实验主要测量 了样机的波动推进力、推进速度等性能参数，验证相关的理论研究结果。 Step motor Guide bar ntainne Fin model 图1-3仿蓝点魟鱼机器鱼 图1-4仿生魟鱼推进实验装置 2008年国防科技大学的杨少波等人以牛鼻鲼为仿生对象，参照牛鼻鲼的外 形和尺寸，以结构仿生的方法，研制出机器鱼牛鼻鲼-I,如图1-5所示。该仿生 汉 万方数据
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 -3- 王光明[13]等人同样以弓鳍目尼罗河魔鬼鱼作为研究对象，参照柔性波动长背 鳍的运动形式，针对波动长鳍柔性大变形特征,提出以刚性鳍条固连柔性蒙皮模仿 波动长鳍的简化模型，并提出了柔性波动长鳍的简化运动学模型。 2007 年，国防科技大学的章永华[14]等人以电鳗目黑魔鬼刀鱼作为仿生对象， 采用形状记忆合金 SMA 作为驱动，设计了一套仿生鱼鳍装置，如图 1-2 所示，并 通过实验波动推进模式的推进力和推进速度等参数进行了实验验证。 图 1-2 SMA 驱动仿生鱼模型 2008 年，章永华再以蓝点魟鱼作为研究对象，研制了一套胸鳍波动推进实验 样机，如图 1-3 所示。该样机外形形状以蓝点魟鱼作为参考对象，采用舵机驱动， 主要由鱼体和胸鳍两部分组成，鱼体部分主要由轻质铝合金薄板以及固定在该薄 板上的舵机组成，胸鳍部分主要包括刚性鳍条和柔性蒙皮，鳍条材料选用硬铝合 金，蒙皮材料选用橡胶薄膜。实验样机工作时，由舵机驱动鳍条做往复性摆动， 并且各个鳍条间保持固定的相位差，通过鳍条迫使柔性蒙皮产生波形，模仿胸鳍 波动运动。上述样机利用如图 1-4 所示的实验装置进行实验研究，该实验主要测量 了样机的波动推进力、推进速度等性能参数，验证相关的理论研究结果。 图 1-3 仿蓝点魟鱼机器鱼 图 1-4 仿生魟鱼推进实验装置 2008 年国防科技大学的杨少波[15]等人以牛鼻鲼为仿生对象，参照牛鼻鲼的外 形和尺寸，以结构仿生的方法，研制出机器鱼牛鼻鲼-Ⅰ，如图 1-5 所示。该仿生 万方数据
