多關(guān)節(jié)魚形機(jī)器的設(shè)計(jì)

摘 要 根據(jù)水下魚形機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行仿真，分析運(yùn)動(dòng)規(guī)律及校核機(jī)構(gòu)。利用 UG 中三維建模、運(yùn)動(dòng)仿真及設(shè)計(jì)仿真等模塊，對(duì)已經(jīng)設(shè)計(jì)好的機(jī)器魚進(jìn)行系統(tǒng)仿真，并比較輸出數(shù)值和計(jì)算數(shù)值的關(guān)系，從而完善設(shè)計(jì)過程。主要對(duì)機(jī)器魚的四個(gè)部分進(jìn)行分析，分別是驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、沉浮機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、充電機(jī)構(gòu)。其中，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由尾部擺動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，魚身后半部和魚尾的兩節(jié)做有相位差的擺動(dòng)，通過擺動(dòng)來擊打水從而推動(dòng)魚身前進(jìn)。沉浮功能由魚身前半部分的側(cè)鰭通過轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度來實(shí)現(xiàn)的。轉(zhuǎn)向功能，由魚身前半部分的鰭通過轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度來實(shí)現(xiàn)的，鰭與魚身豎直方 向的夾角的改變使其受到水的推動(dòng)力的向左或者向右的分力，從而使魚身可以繞其重心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。外形設(shè)計(jì)是根據(jù)金槍魚的外形進(jìn)行多次擬合而歸納而成的。最終對(duì)整個(gè)機(jī)器魚進(jìn)行配重，使重力中心和浮力中心在一條直線上，保證機(jī)器魚能在水中平穩(wěn)正常運(yùn)動(dòng)，同時(shí)控制模塊中植入遠(yuǎn)程通信功能。 關(guān)鍵詞： 水下魚形機(jī)器人；運(yùn)動(dòng)仿真；遠(yuǎn)程通信 II ABSTRACT According to the underwater fish-shaped robot to simulate the design, analysis and verification body movement. UG in the use of three-dimensional modeling, motion simulation and design of simulation modules, the fish have been designed machine system simulation, and compare the output value and the numerical calculation, in order to improve the design process. The main fish-machine analysis of four parts, namely the drive mechanism, ups and downs mechanism, steering, charging mechanism. Among them, the drive mechanism from the rear swing institutions, fish and fish tail behind the first half there are two of the swing phase, through the swing to hit the water in order to promote the fish forward. Rise and Fall of the functional from the first half of the fish lateral fins rotate through a certain angle to achieve. Shift function, by the fish through the latter part of the pelvic rotation to achieve a certain point of view, the ventral fin fish vertical with the angle between the direction of change to be the driving force of water to the left or the right of the play, so that fish can rotate around its center of gravity. Design is based on the shape of tuna and summarized a number of fitting together. Eventually the whole fish weight machines, so that center of gravity and buoyancy in a straight line, the fish can assure a smooth and normal movement in the water. Control to transplant long range correspondence in the mold piece function in the meantime. Keywords: Fish-shaped underwater robot； motion simulation； communication III 目 錄 摘 要 . I ABSTRACT . II 第 1 章 緒論 . 1 1.1 引言 . 1 1.2 水下魚形機(jī)器人技術(shù)的基本概念 . 1 1.2.1 魚類游動(dòng)方式的分類 . 1 1.2.2 仿魚鰭機(jī)器魚的特點(diǎn) . 2 1.3 仿生機(jī)器魚研究概況 . 2 1.4 目前研究熱點(diǎn)及未來發(fā)展方向 . 5 1.5 本課題研究?jī)?nèi)容 . 5 第 2 章 UG 中運(yùn)動(dòng)仿真和有限元分析模塊功能介紹 . 7 2.1 運(yùn)動(dòng)仿真介紹 . 7 2.1.1 運(yùn)動(dòng)仿真模塊 . 7 2.1.2 運(yùn)動(dòng)仿真模塊能執(zhí)行何種類型分析 . 7 2.1.3 如何創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)仿真 . 7 2.1.4 運(yùn)動(dòng)仿真的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方式 . 7 第 3 章 水下魚形機(jī)器人機(jī)構(gòu)確定 . 9 3.1 沉浮機(jī)構(gòu)的確定 . 9 3.2 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的確定 . 13 3.3 舵機(jī)選擇 . 13 3.4 整體結(jié)構(gòu)位置設(shè)計(jì)及外形確定 . 14 3.4.1 整體結(jié)構(gòu)尺寸確定 . 14 3.4.2 外形結(jié)構(gòu)尺寸確定 . 15 第 4 章 基于 UG 的魚形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)仿真 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 4.1 沉浮機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真 . 17 4.1.1 計(jì)算 . 17 4.1.2 三維建模 . 17 4.13 最終結(jié)果分析 . 18 4.2 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真 . 20 4.2.1 計(jì)算 . 20 4.2.2 三維模型 . 20 4.2.3 最終結(jié)果分析 . 20 第 5 章 魚形機(jī)器人遠(yuǎn)程通信 . 23 5.1 通信模塊的選用 . 23 5.2 具體實(shí)現(xiàn) . 23 5.2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) . 23 5.2.2 模塊設(shè)計(jì) . 23 IV 5.2.3 軟件設(shè)計(jì) . 24 第 6 章 基于 UG 的魚形機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析 . 25 6.1 機(jī)器魚浮力中心和重力中心的估算 . 25 6.2 基于 UG 的機(jī)器魚浮力中心和重力中心計(jì)算 . 27 6.2.1 浮力計(jì)算 . 27 6.2.2 重力計(jì)算 . 27 第 7 章 結(jié)論與展望 . 29 7.1 結(jié)論 . 29 7.2 不足之處及未來展望 . 29 參考文獻(xiàn) . 31 多關(guān)節(jié)魚形機(jī)器人的設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒論 1.1 引言 隨著人類的發(fā)展，對(duì)資源的需求不斷增加。陸上資源的日益緊缺，讓我們把目光投向海洋。 21 世紀(jì)是海洋開發(fā)的世紀(jì)，水下機(jī)器人在海洋環(huán)境研究、海洋資源探測(cè)和開發(fā)等民用領(lǐng)域和海洋軍事方面具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的潛在價(jià)值，吸引了人們更多的注 意力。利用仿生學(xué)原理，開發(fā)類似海豚或金槍魚的操縱與推進(jìn)技術(shù)是一個(gè)很有前途的研究方向之一。 上世紀(jì)三十年代起，人類開始對(duì)魚類游動(dòng)進(jìn)行觀察，提出了大量關(guān)于魚類游動(dòng)機(jī)理的解釋。近年來，隨著人類對(duì)魚類游動(dòng)機(jī)理了解的加深，同時(shí)伴隨著仿生學(xué)、流體力學(xué)、機(jī)器人學(xué)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)、傳感器和智能控制技術(shù)的快速發(fā)展，以及新型材料的不斷涌現(xiàn)，對(duì)仿生水下機(jī)器人技術(shù)的研究達(dá)到了一個(gè)新的頂峰，涌現(xiàn)了大量基于魚類游動(dòng)機(jī)理的仿生水下機(jī)器人。 1.2 水下魚形機(jī)器人技術(shù)的基本概念 1.2.1 魚類游動(dòng)方式的分類 魚類游動(dòng)方式多種多樣， 1926 年 Breder 根據(jù)魚類推進(jìn)運(yùn)動(dòng)的特征不同，將魚類游動(dòng)方式劃分為兩大類 : 1)身體 (和 /或 )尾鰭推進(jìn) (BCF locomotion)； 2)中間鰭 (和 /或 )對(duì)鰭推進(jìn) (MPF locomotion). 當(dāng)然魚類還有其它運(yùn)動(dòng)方式，如噴流推進(jìn)、滑行等。據(jù)估計(jì)，大約只有 15%的魚類采用第一種方式以外的其它方式推進(jìn)。由于 MPF 推進(jìn)方式速度慢、效率低，因此我們把重點(diǎn)放在研究 BCF 推進(jìn)方式上。 Breder 將 BCF 推進(jìn)繼續(xù)細(xì)化為五種，如圖 1.1 所示。圖中反映了不同推進(jìn)方式下魚體推進(jìn)部分的變化。 圖 1.1 BCF 推 進(jìn) 圖 1. l 中鲹科結(jié)合月牙形尾鰭推進(jìn)方式（ Thunniform）是效率最高、速度最快的推進(jìn)方式，海洋中游速最快的“魚類”（金槍魚、海豚、鯊魚）都采用該種方式。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 該方式中推進(jìn)運(yùn)動(dòng)限制在身體后三分之一，僅通過尾部 (堅(jiān)硬的月牙形尾鰭和尾柄 )的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生超過 90%的推力 ；同時(shí)魚體的形狀和重量分布保證了身體前三分之二橫向移動(dòng)和轉(zhuǎn)軸極小。在游動(dòng)過程中，月牙形尾鰭做橫移和左右擺動(dòng) (或升沉和上下擺動(dòng) )的一種復(fù)合運(yùn)動(dòng)，并隨著魚體前進(jìn)劃出波浪形的軌跡。研究表明，月牙形尾鰭的展弦比、形狀、硬度、擺動(dòng)都對(duì)該推進(jìn)方式的效率產(chǎn)生影響 。 由于相比之下具有高速、高效的特點(diǎn)，結(jié)合月牙形尾鰭推進(jìn)方式很適合用于水下機(jī)器人。目前，己有多個(gè)機(jī)器人較成功的采用了這種方式。 1.2.2 仿魚鰭機(jī)器魚的特點(diǎn) 與傳統(tǒng)的螺旋槳推進(jìn)器相比仿魚鰭推進(jìn)器具有如下特點(diǎn) : (1)能源利用率高，初步試驗(yàn)表明，采用仿魚鰭水下推進(jìn)器比常規(guī)推進(jìn)器的效率可提高30-100%。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，仿魚鰭的水下推進(jìn)器可以大大節(jié)省能量，提高能源的利用率，從而延長(zhǎng)水下作業(yè)時(shí)間。 (2)使流體性能更加完善，魚類尾鰭擺動(dòng)產(chǎn)生的尾流具有推進(jìn)作用，可使其具有更加理想的流體力學(xué)性能 。 (3)提高水下運(yùn)動(dòng)裝置的機(jī)動(dòng)性能，采用仿魚鰭水下推進(jìn)器可提高運(yùn)動(dòng)裝置的啟動(dòng)、加速和轉(zhuǎn)向性能。 (4)可減低噪聲和保護(hù)環(huán)境，仿魚鰭推進(jìn)器運(yùn)行時(shí)的噪聲比螺旋槳運(yùn)行時(shí)的噪聲要低的多，不易被對(duì)方聲納發(fā)現(xiàn)和識(shí)別，有利于突防，具有重要的軍事價(jià)值。 (5)實(shí)現(xiàn)了推進(jìn)器與舵的統(tǒng)一，仿魚鰭推進(jìn)器的應(yīng)用將改變目前螺旋槳推進(jìn)器與舵機(jī)系統(tǒng)分開，功能單一，結(jié)構(gòu)龐大，機(jī)構(gòu)復(fù)雜的情況，實(shí)現(xiàn)漿一舵功能和二為一，從而可精簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)，簡(jiǎn)化制造工藝，并降低成本和造價(jià)，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和使用價(jià)值。 (6)可 采用多種馭動(dòng)方式，對(duì)于應(yīng)用于船舶、游艇等方面的仿魚鰭推進(jìn)器可采用機(jī)械驅(qū)動(dòng)，也可采用液壓驅(qū)動(dòng)和氣壓驅(qū)動(dòng)，以及混合驅(qū)動(dòng)方式 :對(duì)于小型水下運(yùn)動(dòng)裝置，可采用形狀記憶合金、人造合成肌肉以及壓電瓷等多種驅(qū)動(dòng)元件。 1.3 仿生機(jī)器魚研究概況 國外學(xué)者很早就致力于對(duì)魚類推進(jìn)模式及仿生機(jī)器魚的研究（表 1）。 1994 年 MIT 研究組成功研制了世界上第一條真正意義上的仿生金槍魚 (Robotuna)。此后，結(jié)合仿生學(xué)、材料學(xué)、機(jī)械學(xué)和自動(dòng)控制的新發(fā)展，仿生機(jī)器魚的研制漸成熱點(diǎn) ,表 1 給出了國外一些典型的機(jī)器魚研究項(xiàng)目可以看出，美國 和日本進(jìn)行的機(jī)器魚研究比較多，取得的成果也比較多。 美國， 1995 年 MIT 推出了 Robotuna 的改進(jìn)版機(jī)器魚“ Pike”皆在研究魚的機(jī)動(dòng)性和靜止?fàn)顟B(tài)下的加速性。 1998 年， MIT 推出的 Robtuna 最高版本 VCUUIV 是仿黃鰭金槍魚研制的，長(zhǎng) 8 英尺，重 300 磅，其目的在于開發(fā)一種利用渦流控制推進(jìn)的自主水下機(jī)器人。 多關(guān)節(jié)魚形機(jī)器人的設(shè)計(jì) 3 圖 1-2 Robotuna 英國 Essex 大學(xué)機(jī)器魚課題組于 2005 年 5 月開始研制一系列的機(jī)器魚，主要工作集中在實(shí)現(xiàn)仿魚游動(dòng) ,特別是非穩(wěn)定游動(dòng)方面。該課題組的機(jī)器魚主要集中在兩個(gè)系列， G 系列和 MT 系列。其中系列均是采用多電機(jī)一多關(guān)節(jié)的尾部結(jié)構(gòu)。而 MT 系列機(jī)器魚則是采用單電機(jī) -多關(guān)節(jié)的尾部結(jié)構(gòu)， MT1 長(zhǎng) 0.48m，重 3 55kg，平均推進(jìn)速度為 0.4m/s，自身攜帶的電池可以提供長(zhǎng)達(dá) 4.5 小時(shí)的穩(wěn)定游動(dòng)。 日本 20 世紀(jì) 90 年代初，名古屋大學(xué) Toshio Fukuda 教授開始了微型仿魚水下推進(jìn)器的研究，他先后研制出采用形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的微型身體披動(dòng)式水下推進(jìn)器和壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的雙鮑微型機(jī)器魚。為了研究最優(yōu)推進(jìn)方法開發(fā)高推進(jìn)性能的智能型水下機(jī)器魚，從 1999年開始，運(yùn)物省船舶技術(shù)研究所開始了一 系列的實(shí)驗(yàn)機(jī)器魚項(xiàng)目研究。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 圖 1-3 運(yùn)物省船舶技術(shù)研究所的 UPF-2001 北京航空航天大學(xué)， 2004 年 8 月，北航機(jī)器人所和中科院自動(dòng)化所合作研制出一條實(shí)用的仿生機(jī)器魚，參加了對(duì)鄭成功古戰(zhàn)船遺址的水下考古探側(cè)，這次水下活動(dòng)被有關(guān)專家認(rèn)定為是國際上首例水下仿生航行體的試驗(yàn)研究。 表 1 國外典型的仿生機(jī)器魚研究項(xiàng)目 哈爾濱工業(yè)大學(xué)在國家自然科掌基金支持下研制出了仿生機(jī)器魚樣機(jī)，該樣機(jī)長(zhǎng)多關(guān)節(jié)魚形機(jī)器人的設(shè)計(jì) 5 0.95m，重約 13kg，航速可達(dá) 0.3m/s。 2006 年，他們又研制了一條 仿生機(jī)器魚樣機(jī)“ HRF- 1”，游動(dòng)速度可達(dá) 0.5m/s，并進(jìn)行了升潛和轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)。 哈爾濱工程大學(xué)研制了一條仿生機(jī)器魚原理樣機(jī)“仿生 -I”，該機(jī)器魚長(zhǎng) 2.4m，最大直徑 0.62m。排水量 320Kg，潛水深度 10m，最高航速 13m/s。 圖 1-4 仿生 -I 仿生水下機(jī)器人由于具有高效的推進(jìn)性能，良好的隱身性能和操縱性能，有著廣闊的應(yīng)用前景。 在民用方面，它可以用于海洋環(huán)境研究、海洋資源探測(cè)和開發(fā)、海洋援潛救生等，也可以作為智能玩具或電子寵物進(jìn)入百姓家庭。 在軍用方面，可用于戰(zhàn)時(shí)偵察，收集清報(bào)，探雷與滅雷， 潛艇戰(zhàn)與反潛戰(zhàn)，作為誘餌干擾敵方等，同時(shí)也可以作為高性能的智能化武器或武器平臺(tái)，直接用于襲擊和破壞敵方的港口、水下偵察系統(tǒng)、艦船 (要害部位 )、海上平臺(tái)、破壞敵方海上運(yùn)輸線等。 另外，仿生水下機(jī)器人作為一種新興的水下運(yùn)載器，為機(jī)械、電子、材料、能源等硬件的研制以及單機(jī)器魚控制算法、多機(jī)器魚協(xié)調(diào)控制等軟件的開發(fā)提供了全新的平臺(tái)。 1.4 目前研究熱點(diǎn)及未來發(fā)展方向 目前，新型仿魚鰭機(jī)器人的研究及未來發(fā)展主要集中在以下幾方面 ； （ 1）尾鰭擺動(dòng)式推進(jìn)模式水動(dòng)力模型的建立 ； （ 2）尾鰭擺動(dòng)時(shí)尾流的產(chǎn)生及其與推進(jìn)力和 推進(jìn)效率關(guān)系數(shù)學(xué)模型的建立 （ 3） )彈性元件在降低尾鰭擺動(dòng)能量損失中的應(yīng)用 : （ 4）機(jī)器人姿態(tài)、運(yùn)動(dòng)軌跡控制 ； （ 5）機(jī)器人的微型化 , 1.5 本課題研究?jī)?nèi)容 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 1.魚的外形設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)是以金槍魚為模型，要盡量達(dá)到其仿真效果 2.魚體內(nèi)部各部分的位置安排，保證機(jī)器魚在水里能平穩(wěn)游動(dòng) 3.控制部分的設(shè)計(jì)，達(dá)到每秒鐘魚尾擺動(dòng) 4 次的頻率 4.計(jì)算部分，包括浮力中心和重力中心的計(jì)算，推進(jìn)力和阻力的計(jì)算，各個(gè)翻轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算。 多關(guān)節(jié)魚形機(jī)器人的設(shè)計(jì) 7 第 2 章 UG 中運(yùn)動(dòng)仿真和有限元分析模塊功能介紹 2.1 運(yùn)動(dòng)仿真介紹 2.1.1 運(yùn)動(dòng)仿真模塊 運(yùn)動(dòng)仿真（ Motion Simulation）是 UG/CAE 模塊中的主要部分，它能對(duì)任何二維或三維機(jī)構(gòu)進(jìn)行復(fù)雜的動(dòng)學(xué)分析和設(shè)計(jì)仿真 .通過 UG 建立一個(gè)三維實(shí)體模型，利用 UG/ Motion Simulation 的功能給三維實(shí)體摸型的各個(gè)部件斌予一定的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，再在各個(gè)部件之間設(shè)立一定的連接關(guān)系即可建立一個(gè)運(yùn)動(dòng)仿真棋型。 UG/ Motion Simulation 的勸能可以對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行大量的裝配分析工作、運(yùn)動(dòng)合理性分析工作， 諸如千沙檢查、軌跡包絡(luò)等，得到大最運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù) .通過對(duì)這個(gè)運(yùn)動(dòng)訪真模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)成動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)分析，就可以驗(yàn)證該運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，并且可以利用圖形翰出各個(gè)部件的位移、坐標(biāo)、加速度、速度和力的變化情況，對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。 2.1.2 運(yùn)動(dòng)仿真模塊能執(zhí)行何種類型分析 運(yùn)動(dòng)仿真模塊可以進(jìn)行機(jī)構(gòu)的干涉分析，跟蹤零件的運(yùn)動(dòng)軌跡，分析機(jī)構(gòu)中的零件速度、加速度、作用力、反作用力和力矩等。運(yùn)動(dòng)仿真模塊的分析結(jié)果可以指導(dǎo)修改零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（加長(zhǎng)或縮短構(gòu)建力臂的長(zhǎng)度、修改凸輪線性、調(diào)整齒輪比等）或調(diào)整零件的材料（減輕 或加重以及增加硬度等）。設(shè)計(jì)的更改可以反映在裝配的主模型的復(fù)制品 運(yùn)動(dòng)仿真中再重新分析，一旦確定有話設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)更改就可以直接反應(yīng)到裝配主模型中。 2.1.3 如何創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)仿真 可以認(rèn)為機(jī)構(gòu)是一組連接在一起運(yùn)動(dòng)的連桿（ Links）的集合， UG 可以用下面 3 步生成一個(gè)運(yùn)動(dòng)仿真： 第一步 創(chuàng)建連桿 UG 可在運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中創(chuàng)建代表運(yùn)動(dòng)的連桿。 第二步 創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)副 UG 可創(chuàng)建約束連桿運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。在某些情況下，同時(shí)可以創(chuàng)建其他的運(yùn)動(dòng)約束特征，如彈簧、阻尼、彈性襯套和接觸。 第三步 定義運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng) 運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)使機(jī)構(gòu)產(chǎn) 生運(yùn)動(dòng)。每個(gè)運(yùn)動(dòng)副可以包含下列 5 種可能的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的一種： 無運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)：機(jī)構(gòu)只受重力作用。 運(yùn)動(dòng)函數(shù)：用數(shù)學(xué)函數(shù)定義運(yùn)動(dòng)方式。 恒定驅(qū)動(dòng)：給定初速度和加速度。 間歇運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)：振幅、頻率和相位角。 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)：步長(zhǎng)和步數(shù)。 2.1.4 運(yùn)動(dòng)仿真的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方式 運(yùn)動(dòng)仿真中的機(jī)構(gòu)以下面兩種形式運(yùn)動(dòng)： 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)：關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)是基于位移的一種運(yùn)動(dòng)方式。機(jī)構(gòu)已指定的步長(zhǎng)（旋轉(zhuǎn)角度或直線距離）和步數(shù)運(yùn)動(dòng)。 運(yùn)動(dòng)仿真：運(yùn)動(dòng)仿真是基于時(shí)間的一種運(yùn)動(dòng)形式。機(jī)構(gòu)在指定的時(shí)間段種運(yùn)動(dòng)，同時(shí)指定無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 該時(shí)間段中的運(yùn)動(dòng)步數(shù)進(jìn)行運(yùn) 動(dòng)仿真。 多關(guān)節(jié)魚形機(jī)器人的設(shè)計(jì) 9 第 3 章 水下魚形機(jī)器人機(jī)構(gòu)確定 3.1 沉浮機(jī)構(gòu)的確定 魚類的上浮和下沉 主要要靠其腹內(nèi)魚鰾的收縮來實(shí)現(xiàn)。魚鰾收縮使得魚體體積發(fā)生變化， 進(jìn)而影響排開水的體積，從而實(shí)現(xiàn)上浮下沉 。對(duì)魚鰾充氣，魚體的體積就增大了，從而獲得大于自身重量的浮力，將其送到水面；對(duì)魚鰾放氣，魚體的體積就減小，從水中獲得的浮力就小于自身重量，魚便能夠?qū)崿F(xiàn)下潛；當(dāng)這些魚類將魚鰾的體積控制在一定范圍內(nèi)時(shí)，魚類便保持停留在水中的某個(gè)位置。魚類就是這樣輕松地通過 調(diào)整自身魚鰾的體積很好的實(shí)現(xiàn)了浮潛控制。 魚類中，也有一部分不存在魚鰾，而它們的浮潛運(yùn)動(dòng)則是通過側(cè)鰭或軀干來實(shí)現(xiàn)的。如鯊魚，如果停止游動(dòng)的話，就會(huì)沉入水底。所以鯊魚只能不斷游動(dòng)，靠自身的魚鰭保持平衡。 機(jī)器魚的沉浮機(jī)構(gòu)分為五種： 1. 排水法：類似于潛艇，通過控制水箱中的水量來控制重力，從而控制沉浮。 圖