游動機器人設計及其參數(shù)辨識方法研究.pdf

1、鑒于微小型機器人在醫(yī)學、工業(yè)等領域廣泛的應用前景，國內(nèi)外學者對機器人結構和推進方式進行了大量的研究工作。特別是微小型游動機器人高效靈活、無碰觸的運動形式，在介入診療領域倍受青睞。
　　本文在充分分析了微生物鞭毛波動和旋進運動兩種運動形式的基礎上，設計了一種采用矩形截面的螺旋絲結構作為機器人推進器，該推進器不僅結構簡單，而且所能產(chǎn)生的推進力也得到了大幅提升。根據(jù)機器人運動空間的特點，本文設計了一種圓柱形機身，并在機身兩端分別設置一個

2、螺旋尾推進結構，使其不僅能適應管道內(nèi)狹長的空間環(huán)境，還能獲得雙倍的推進力。此外，本文還設計了一種嵌于機身側面，通過軸向滑動伸出而影響流場形態(tài)從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向的換向機構，其最大特點是工作狀態(tài)無需機器人徑向空間，符合管道內(nèi)狹長工作空間對機器人的要求。
　　在機器人結構設計的基礎上，本文重點對機器人機身頭端形狀和螺旋推進結構進行了流體動力學仿真分析，并得到了最終的參數(shù)優(yōu)化結果，即:機身兩端外形采用拋物線輪廓，拋物線焦距與機身半徑的比值在0.

3、27左右為宜;螺旋尾外徑尺寸應接近機身最大直徑;螺旋截面寬度取0.36倍的外徑;螺旋升角接近但小于45°;厚度取0.24～0.25倍螺距，或者在能保證螺旋結構剛度的情況下，可采用小于0.05倍螺距的厚度;根據(jù)機器人工作空間的曲率半徑設計較多圈數(shù)的螺旋。
　　依據(jù)螺旋尾結構參數(shù)的仿真結果，以及對流場特性和螺旋尾運動特性的流體動力學仿真數(shù)據(jù)，本文基于抗力理論推導出了適用于所設計螺旋結構的推進力計算模型，并對數(shù)學模型的兩個系數(shù)進行了擬合