兰州交通大学硕士学位论文 1绪论 1.1课题研究背景及意义 海洋中的能源储量非常大，有1350亿吨石油储存在海底，有相当于陆地燃料资源 总量的2倍以上的天然气水合物总量，以及近140万亿立方米的天然气。因此，为了扩 展人类的可利用资源，开发海洋资源意义重大-6，我国也更加重视海洋资源的合理开 发和海洋环境的保护。 由于水下环境的复杂多变，海洋环境的监测和研究因而非常困难，传统海洋环境监 测手段主要包括海洋监测船、漂流浮标、锚系浮标等进行，由于经济、航线、数目的局 限，观测平台往往不能完全满足监测需求。因此，一种新型的海洋监测平台一一水下滑 翔机器人(AUG)应运而生，8)，它们能够按照接受指令在水下自主运动，通过搭载各类测 量传感器，得到实时动态以及三维数据，便于构建海洋环境观测模型。 水下滑翔机器人是一种通过改变净浮力和重心位置关系实现水中三维运动的机器 人系统，具有能耗低、续航时间长等优点。因其在海洋环境监测、水生资源调查、 军事等领域具有重要的应用价值，得到了广泛的关注和研究10,1山。 水下仿生滑翔机器人把仿生推进与滑翔推进结合起来，能够充分利用滑翔推进的高 续航能力和低噪音，以及仿生推进的高效率和灵活性，具有续航时间长、环境污染少、 运动机动性能好等优点2，并具有较低的制造和维护成本、可反复利用等特点，适宜于 大批布置，适用于对海洋环境的长时间监测31，水下仿生滑翔机器人在实现水文勘测、 水下救援、水下探测、环境检测、桥墩大坝检测、水资源探测、生物考察等民用水下任 务，实现水下巡逻、预警、侦查、攻击等军用水下任务等方面具有广阔的应用前景。 鉴于水下仿生滑翔机器人的诸多优点及广泛的应用前景，使得水下仿生滑翔机器人 的研究与开发越来越受到国内外学者的重视，同时也取得了许多阶段性的成果。但是， 在理论分析和实验研究中仍有许多问题亟待解决，所设计的仿生滑翔机器人在实现多种 运动行为及执行水下任务方面仍然具有较大差距。因此，进一步开展对仿生滑翔机器人 运动行为的深入研究具有重要的理论意义和实际应用价值。本文拟设计一种具有仿生尾 鳍的水下滑翔机器人混合驱动机构，通过数值计算方法研究三维螺旋运动和定常滑翔运 动的运动机理。 1.2水下航行器（滑翔器）的研究现状 目前，能够在水下自主航行的无人潜水器主要有无人遥控潜水器、无人水下自航行 器以及无人水下滑翔器，上述各种水下无人航行器的关系如图1.1所示。 万方数据兰州交通大学硕士学位论文 - 1 - 1 绪论 1.1 课题研究背景及意义 海洋中的能源储量非常大，有 1350 亿吨石油储存在海底，有相当于陆地燃料资源 总量的 2 倍以上的天然气水合物总量，以及近 140 万亿立方米的天然气。因此，为了扩 展人类的可利用资源，开发海洋资源意义重大[1-6]，我国也更加重视海洋资源的合理开 发和海洋环境的保护。 由于水下环境的复杂多变，海洋环境的监测和研究因而非常困难，传统海洋环境监 测手段主要包括海洋监测船、漂流浮标、锚系浮标等进行，由于经济、航线、数目的局 限，观测平台往往不能完全满足监测需求。因此，一种新型的海洋监测平台——水下滑 翔机器人(AUG)应运而生[7,8]，它们能够按照接受指令在水下自主运动，通过搭载各类测 量传感器，得到实时动态以及三维数据，便于构建海洋环境观测模型[9]。 水下滑翔机器人是一种通过改变净浮力和重心位置关系实现水中三维运动的机器 人系统，具有能耗低、续航时间长等优点。因其在海洋环境监测、水生资源调查、 军事等领域具有重要的应用价值，得到了广泛的关注和研究[10,11]。 水下仿生滑翔机器人把仿生推进与滑翔推进结合起来，能够充分利用滑翔推进的高 续航能力和低噪音，以及仿生推进的高效率和灵活性，具有续航时间长、环境污染少、 运动机动性能好等优点[12]，并具有较低的制造和维护成本、可反复利用等特点，适宜于 大批布置，适用于对海洋环境的长时间监测[13-15]，水下仿生滑翔机器人在实现水文勘测、 水下救援、水下探测、环境检测、桥墩大坝检测、水资源探测、生物考察等民用水下任 务，实现水下巡逻、预警、侦查、攻击等军用水下任务等方面具有广阔的应用前景。 鉴于水下仿生滑翔机器人的诸多优点及广泛的应用前景，使得水下仿生滑翔机器人 的研究与开发越来越受到国内外学者的重视，同时也取得了许多阶段性的成果。但是， 在理论分析和实验研究中仍有许多问题亟待解决，所设计的仿生滑翔机器人在实现多种 运动行为及执行水下任务方面仍然具有较大差距。因此，进一步开展对仿生滑翔机器人 运动行为的深入研究具有重要的理论意义和实际应用价值。本文拟设计一种具有仿生尾 鳍的水下滑翔机器人混合驱动机构，通过数值计算方法研究三维螺旋运动和定常滑翔运 动的运动机理。 1.2 水下航行器(滑翔器)的研究现状 目前，能够在水下自主航行的无人潜水器主要有无人遥控潜水器、无人水下自航行 器以及无人水下滑翔器，上述各种水下无人航行器的关系如图 1.1 所示。 万方数据