仿真魚設(shè)計(jì)說(shuō)明書

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1、仿真機(jī)器魚設(shè)計(jì) 一、引言 仿真魚作為新型動(dòng)力及數(shù)控方向的實(shí)踐研究已有一定成果，它可以更逼真的模擬魚的游動(dòng)原理，使水下的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)更符合流體力學(xué)原理，具有更好的加速和轉(zhuǎn)向能力，利用它們可以探測(cè)海洋，尋找和檢測(cè)海域中受污染的地方，也可以用來(lái)勘探地形；在當(dāng)今日趨復(fù)雜的生活應(yīng)用中，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義，隨著人們對(duì)海底世界的探究，我們急需有能夠代替人自身而探索海洋資源的器械，仿真魚則是很好的選擇。 二、研究意義與發(fā)展前景 一般的潛水技術(shù)已無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代高深度綜合考察和研究、完成各種作業(yè)的需要。但在現(xiàn)實(shí)中都是利用螺旋槳來(lái)推動(dòng)船前進(jìn)，這就要求突破當(dāng)今專一的運(yùn)輸方式和水下推進(jìn)方式，追求利用魚類的游動(dòng)原理來(lái)

2、做出比具有螺旋槳更快和更低噪聲的水下推行器-------仿魚機(jī)器人。仿魚機(jī)器人是參照魚類的游動(dòng)推進(jìn)機(jī)理，利用機(jī)械和電子手段以及功能材料來(lái)模擬魚游動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)高效的水下運(yùn)動(dòng)的一種機(jī)械裝置。與傳統(tǒng)螺旋槳推進(jìn)器相比，具有高效率、高機(jī)動(dòng)性和低噪音等優(yōu)點(diǎn)。 對(duì)于仿真魚的研究有機(jī)器廣闊的發(fā)展前景，我們追求利用魚類的游動(dòng)原理來(lái)做出比具有螺旋槳更快和更低噪聲的水下推行器-------仿魚機(jī)器魚。仿魚機(jī)器魚是參照魚類的游動(dòng)推進(jìn)機(jī)理，利用機(jī)械和電子手段以及功能材料來(lái)模擬魚游動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)高效的水下運(yùn)動(dòng)的一種機(jī)械裝置。與傳統(tǒng)螺旋槳推進(jìn)器相比，具有高效率、高機(jī)動(dòng)性和低噪音等優(yōu)點(diǎn)。所以說(shuō)對(duì)于方針魚的研究有極其重要的

3、意義。 仿魚機(jī)器人是參照魚類的游動(dòng)推進(jìn)機(jī)理，利用機(jī)械和電子手段以及功能材料來(lái)模擬魚游動(dòng)作，目前國(guó)內(nèi)外仿魚機(jī)器人研究和發(fā)展現(xiàn)狀已有一定發(fā)展，這也也為實(shí)現(xiàn)各相關(guān)學(xué)科之間的交叉與互動(dòng)提供了一個(gè)研究平臺(tái)，仿真魚可以更逼真的模擬魚的游動(dòng)原理，使水下的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)更符合流體力學(xué)原理，具有更好的加速和轉(zhuǎn)向能力，利用它們可以探測(cè)海洋，尋找和檢測(cè)海域中受污染的地方，也可以用來(lái)勘探地形；可以通過(guò)研制機(jī)器魚這個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來(lái)研究魚的運(yùn)動(dòng)原理和魚類運(yùn)動(dòng)所依附的流體力學(xué)原理；而且它以泳動(dòng)方式運(yùn)動(dòng)，解決了螺旋槳的噪聲問(wèn)題；構(gòu)造要比一般的水下推進(jìn)器簡(jiǎn)單，制作和使用成本都較低；能源利用率高，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)。 三、方案確定 方案一

4、：魚體模仿實(shí)際的魚星進(jìn)行建模如圖1，外殼為一整體式，可以從視覺(jué)上提高及其魚的真實(shí)性及連貫性，對(duì)于內(nèi)部的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2，其中設(shè)計(jì)理念的突破點(diǎn)在于仿真魚的靈敏性。 圖1 方案一得外形設(shè)計(jì) 圖2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 方案二： 圖3 方案二的外形設(shè)計(jì) 圖4 外形尺寸的確定 此方案考慮到仿真魚的搖擺動(dòng)作及轉(zhuǎn)彎的需要，講魚體改為有分節(jié)支的外殼，且大致模擬確定了魚體的尺寸如圖4，并通過(guò)一切資料數(shù)據(jù)的查閱，組員也一直通過(guò)此項(xiàng)方案。

5、 四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.擺動(dòng)機(jī)構(gòu) 依據(jù)“波動(dòng)理論”,依靠身體的后半部分和尾部擺動(dòng)而游動(dòng)。尾部波動(dòng)的形成，需要兩個(gè)必要的因素。首先要有一個(gè)振源，也就是說(shuō)，需要尾部產(chǎn)生一個(gè)周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。我們選擇四連桿機(jī)構(gòu)將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成為擺桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。為了能夠等幅擺動(dòng)，不產(chǎn)生急回特性，選擇了III型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，根據(jù)其擺動(dòng)的幅度，確定了各桿件的長(zhǎng)度，考慮到魚體內(nèi)的空間有限，確定擺動(dòng)角為40，曲柄長(zhǎng)度為30mm如圖8，連桿為20mm，擺桿為200mm如圖所示。 具體結(jié)構(gòu)與方案一中相同如圖2，桿4與桿1的交接處由固定鉸鏈連接，保證穩(wěn)固不動(dòng)，桿4與桿3處由活動(dòng)鉸鏈連接，可以使桿3繞交接點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，（確保桿

6、4固定），帶動(dòng)桿2一起往復(fù)運(yùn)動(dòng)（桿2與桿3也是活動(dòng)鉸接），從而推動(dòng)流體運(yùn)動(dòng)，完成擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)機(jī)體游動(dòng)。 桿1 桿2 滑塊 擺動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.轉(zhuǎn)彎設(shè)計(jì) 主要依靠尾部的偏轉(zhuǎn)以及游動(dòng)的慣性來(lái)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)彎原理 ?？衫没魻杺鞲衅髟O(shè)置拐彎動(dòng)作。當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行到轉(zhuǎn)彎位置時(shí)，霍爾傳感器將產(chǎn)生一個(gè)低電平跳變信號(hào)輸出給單片機(jī)，然后由單片機(jī)控制電機(jī)停轉(zhuǎn)使擺桿停留在指定位置。這樣，當(dāng)魚由于慣性前進(jìn)時(shí)，擺桿所停留的一邊所受的阻力較大，從而

7、使魚朝某一方向轉(zhuǎn)向。 3. 沉浮機(jī)構(gòu)設(shè) 用氣缸排開水的體積來(lái)模擬魚鰾的收縮實(shí)現(xiàn)其沉浮設(shè)計(jì)，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)氣缸，在其往復(fù)做功的工程中，再配以電磁閥的開合，控制水儲(chǔ)器中的高低壓轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)魚的上浮和下沉。 底座 上蓋 凸輪 沉浮機(jī)構(gòu) 4、各部件材料確定 (1) 魚的骨架用注塑材料，尾部用軟化纖維材料,便于搖擺。 (2) 骨架表面用PU 革，利用其防水和粘合后不漏水的性質(zhì)

8、。 (3) 內(nèi)部的桿和滑塊均用復(fù)合塑料材料以減輕魚身的重量。 (4)能源裝置為 12V 蓄電池。 (5)馬達(dá)為 12V、1.8A的直流電動(dòng)機(jī) 5、加工工藝 (1) 魚的骨架先用紙做一個(gè)魚身模型，再用來(lái)噴塑。 (2) 裁剪PU 革為外殼形狀，再用502粘與外殼。 (3) 用金屬膜壓制內(nèi)部各桿。 五、項(xiàng)目總結(jié) 為期將近一年的科創(chuàng)實(shí)驗(yàn)制作，從了解仿真魚的基本知識(shí)技術(shù)要求及發(fā)展前景到付諸實(shí)踐制作仿真魚，對(duì)于小組成員自身而言鍛煉提高了對(duì)科創(chuàng)知識(shí)方面的掌握程度以及動(dòng)手實(shí)踐能力，在大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目中，真

9、正學(xué)習(xí)到了探索并建立模擬問(wèn)題的學(xué)習(xí)模式，充分發(fā)揮了我們的的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，逐漸掌握思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的方法，不斷提高其創(chuàng)新實(shí)踐的能力。本小組通過(guò)將近一年的時(shí)間完成該項(xiàng)試驗(yàn)，在研究與制作過(guò)程中積極合作，勇于進(jìn)取，雖然由于資金和時(shí)間條件的限制并未完成整個(gè)實(shí)體的制作，但設(shè)計(jì)方面已完成而且有很多創(chuàng)新之處，至此在我們組的共同努力下，完成預(yù)定的計(jì)劃。 項(xiàng)目設(shè)計(jì)說(shuō)明書 題目： 仿真機(jī)器魚設(shè)計(jì) 專 業(yè)

10、 機(jī)械制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 齊湛濤 班 級(jí) D機(jī)制113班 學(xué) 號(hào) 1120101328 指導(dǎo)教師 葛友華，崔治 完成日期 2014.1.1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)說(shuō)明書 題目： 可變換休閑式嬰兒車 專 業(yè) 機(jī)械制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 唐璐 班 級(jí) D機(jī)制113班 學(xué) 號(hào) 1120101323 指導(dǎo)教師 葛友華，崔治 完成日期 2014.1.1