哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 摘要 无人水下运载系统伴随着人类探索海洋、开发海洋逐渐加快的步伐得到 了较快的发展，其中以鱼类等水生生物为推进系统仿生原型的机器正受到越 来越多的关注。相比于传统的波状游动鱼类，水母具备较高的运动灵活性、 环境适应性和目标隐蔽性，同时还具有高效的流场能量利用机制，适合作为 海洋深潜、洋流观测、目标侦查以及武器运载等水下机器的仿生原型。关于 水母推进机理的研究在近几年较为活跃，相继开发出了多种不同驱动形式的 水母机器人，但目前的研究主要集中在厘米级尺度，关于直径为1米左右的 中型水母研究较少。由于中型水母在工程应用中具有较为良好的前景，因此 本文将通过理论分析和水下实验研究其推进机理。 本文以霞水母为研究对象，对霞水母的运动机理进行了分析，描述其基 本运动。考虑水母的推进运动，建立了水母钟状体收缩和舒张的动力学模型， 对其进行了动力学分析，分析水母在水中推进时的受力情况，以及减少推进 阻力的方法。 在仿生学研究、动力学分析的基础上，设计了仿生机器水母样机，该样 机采用一个伺服电机来驱动六个辅助触角，六个辅助触角的往复摆动带动覆 盖在上面的硅胶外皮，从而带动类似于水母的钟状体结构的柔性硅胶实现收 缩和舒张运动。应用仿真软件ADAMS,对水母六只触角组成的钟状体结构 进行简化，并进行动力学分析和动力学仿真，分析机器水母触角在水中受力 情况，为实验做好理论基础。 对控制系统进行设计，根据动力学分析明确水母需要实现的基本运动， 加工、装配得到仿生水母实验样机，对仿生机器水母样机进行调试和推进性 能实验，实验分析得到了机器水母的水下的运动情况，对实验结果进行分析， 获得实验数据。 关键词：仿生学：机器水母：运动机理；动力学分析 -I- 万方数据哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 摘 要 无人水下运载系统伴随着人类探索海洋、开发海洋逐渐加快的步伐得到 了较快的发展，其中以鱼类等水生生物为推进系统仿生原型的机器正受到越 来越多的关注。相比于传统的波状游动鱼类，水母具备较高的运动灵活性、 环境适应性和目标隐蔽性，同时还具有高效的流场能量利用机制，适合作为 海洋深潜、洋流观测、目标侦查以及武器运载等水下机器的仿生原型。关于 水母推进机理的研究在近几年较为活跃 ，相继开发出了多种不同驱动形式的 水母机器人，但目前的研究主要集中在厘米级尺度，关于直径为 1 米左右的 中型水母研究较少。由于中型水母在工程应用中具有较为良好的前景，因此 本文将通过理论分析和水下实验研究其推进机理。 本文以霞水母为研究对象，对霞水母的运动机理进行了分析，描述其基 本运动。考虑水母的推进运动，建立了水母钟状体收缩和舒张的动力学模型， 对其进行了动力学分析，分析水母在水中推进时的受力情况，以及减少推进 阻力的方法。 在仿生学研究、动力学分析的基础上，设计了仿生机器水母样机，该样 机采用一个伺服电机来驱动六个辅助触角，六个辅助触角的往复摆动带动覆 盖在上面的硅胶外皮，从而带动类似于水母的钟状体结构的柔性硅胶实现收 缩和舒张运动。应用仿真软件 ADAMS，对水母六只触角组成的钟状体结构 进行简化，并进行动力学分析和动力学仿真，分析机器水母触角在水中受力 情况，为实验做好理论基础。 对控制系统进行设计，根据动力学分析明确水母需要实现的基本运动， 加工、装配得到仿生水母实验样机，对仿生机器水母样机进行调试和推进性 能实验，实验分析得到了机器水母的水下的运动情况，对实验结果进行分析， 获得实验数据。 关键词：仿生学；机器水母；运动机理；动力学分析 - I - 万方数据