基于IPMC和舵机混合驱动的微型仿生机器鱼的研究

来源 :东北大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:yiyucanqing
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在地球上,海洋面积占了总面积的70%,随着人类对自然资源需求的不断增加和陆地资源的日益枯竭,人们必然要把目光转向具有巨大开发价值的海洋资源。为了开发海洋资源,各种仿生水下机器人必然将会得到迅猛的发展。而鱼类依靠身体和鱼鳍的协调摆动在水中游动时所表现出的高效率、低能耗、低噪音以及高机动性能是其他任何以螺旋桨为推进方式的人造水面和水下运载器所无法比拟的。因此仿鱼形水下机器人必然将有更广阔的应用前景。目前,大部分仿生机器鱼依靠传统的电机来驱动。虽然传统的电机驱动具有驱动力强,并且控制技术成熟等优点,但同时也存在着效率低、噪声大、高能耗以及机动性不好等缺点。研究者们一直都在不断的寻求新的灵感方向,于是随着科技的进步,一批基于智能材料的仿生机器鱼就不断的涌现了出来。与传统的电机驱动方式相比,基于新型智能材料驱动的机器鱼具有体积小、噪声小、低能耗和机动性好等优点。IPMC (Ion-exchange polymer metal composites)作为一种新型的智能材料,它的高应变响应、低驱动电压以及亲水性,使其很适合应用于仿生游动机器人的研究。本文以IPMC材料和微型舵机作为驱动器,设计了一种混合驱动的小型游动机器人系统。然后在基本遗传算法基础上进行改进,采用改进的遗传算法进行路径规划,为仿生机器鱼规划出一条最优路径。应用PROTEUS软件对微型仿生机器鱼控制系统进行仿真分析,并验证驱动电路的正确性。然后建立舵机驱动模块和IPMC驱动模块的动力学模型,并分别对这两种驱动方式的推进过程进行仿真分析。最后对微型混合驱动仿生机器鱼进行水下实验,进行性能测试和推进实验,并验证了驱动系统设计的可行性。
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