仿生鳄鱼游动推进机制动力学分析

本文建立了鳄鱼水中摆尾游动的动力学模型,并利用Froude游动效率理论给出了鳄鱼推进效率的计算方法。结果表明:鳄鱼游动过程中,稳态平均游速随摆动频率、幅值和波长的增大逐渐增大。其中,增加摆动频率对提高游速的贡献最大,增加摆动波长的贡献最小;推力功率随着摆动频率、幅值和波长的增大逐渐增加,功率损耗也逐渐增加;当鳄鱼摆动频率为0.7 Hz、摆幅为0.2 m、波长为1.2 m时,游动效率达到最大为64%;游动效率随着Re的增大,呈现先增大后减小的趋势,在Re为3×10^(5)时达最大值;游动效率随着St的增大而逐渐趋近于55%的稳定值。研究结果对研制仿鳄鱼机器人具有重要参考价值。

两栖仿生机械鳄鱼的设计及水下应用

基于国内外水下机器人的研究现状,针对机动性能差、复杂地形适应性弱等缺陷,以鳄鱼为原型设计了一种可实现水陆两栖运动的仿生机器人。陆地爬行方面选用微型130电机经齿轮箱多级齿轮减速将输出轴转矩传递给非同心滚轮实现其摆圆运动,非同心滚轮带动铆接于连杆之上的鳄鱼四肢,完成四肢间的步调协调进而实现鳄鱼的摇摆式爬行,水下游动方面采用一对8520空心杯电机对称布置在鳄鱼腹板两侧,8520空心杯电机带动螺旋桨桨叶为仿生机械鳄鱼水下提供动力推进,微型130电机与8520空心杯电机均通过端子引线与STM32单片机进行连接,通过控制端驱动微型130电机与8520空心杯电机,改变其端子电压并保证输出一定的有效功率,从而实现鳄鱼的前进后退与转向等运动,并进行电机端子电压与输出扭矩试验,试验结果表明,当端子电压为4.5 V时,仿生机械鳄鱼有效动力达到最大。