【正文】 單位代碼 10006 學(xué) 號(hào) 1 分 類 號(hào) 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 單關(guān)節(jié)尾鰭推進(jìn)式仿生機(jī)器魚的 設(shè)計(jì)與 研究 學(xué) 院 名 稱 機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè) 名 稱 機(jī)械制造 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 2020 年 6 月 北京航空航天大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè) 計(jì) （論文 ） 任務(wù)書 Ⅰ 、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 單關(guān)節(jié)尾鰭推進(jìn)式 仿生機(jī)器魚的設(shè)計(jì)與 研究 Ⅱ 、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）使用的原始資料（數(shù)據(jù)）及設(shè)計(jì)技術(shù)要求： 單關(guān)節(jié)尾鰭推進(jìn)式仿生機(jī)器魚是由電機(jī)、舵機(jī)及其控制部分組成的機(jī)電一體化仿生設(shè)備。 ： （ 1） 完成前進(jìn)、左右轉(zhuǎn)彎和上浮下潛；（ 2）用遙控器控制 ，三檔調(diào)速 ；（ 3）電池可充電。 2. 性能指標(biāo)： （ 1）體積：300mm100mm150mm；（ 2）最大前進(jìn)速度 200mm/s；（ 3）最大下潛深度500mm；（ 4）續(xù)航能力 2h；（ 5） 轉(zhuǎn)彎半徑 ≤400mm。 Ⅲ 、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作內(nèi)容： 了解國(guó)內(nèi)外仿生機(jī)器魚的研究現(xiàn)狀，完成調(diào)研報(bào)告。 進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研，完成電機(jī)、電池、舵機(jī)、遙控器等部件的選型。 對(duì)機(jī)器魚各功能單元進(jìn)行劃分和設(shè)計(jì)，完成機(jī)器魚機(jī)械結(jié)構(gòu)的三維建模。 完成需加工零件的二維圖紙，并完成零部件加工。 零部 件裝配， 調(diào)試 及測(cè)試 。 完成多種尾鰭外形 、多種頻率的驅(qū)動(dòng)效率的實(shí)驗(yàn)研究 。 Ⅳ 、主要參考資料： [1]于凱 .仿魚推進(jìn)的實(shí)驗(yàn)研究 [J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào) ,2020, 35(11):117121. [2] 劉 軍 考 , 陳 在 禮 . 水 下 機(jī) 器 人 新 型 仿 魚 鰭 推 進(jìn) 器 [J]. 機(jī)器人 ,2020,22(5):427432 . [3]梁建宏 .水下仿生機(jī)器魚的研究進(jìn)展 I——魚類推進(jìn)機(jī)理 [J].機(jī)器人ROBOT,2020,24(2):107112. [4] 梁建宏 .水下仿生機(jī)器魚的研究進(jìn)展 II——小型實(shí)驗(yàn)機(jī)器魚的研制 [J].機(jī)器人 ROBOT,2020,24(3):234239. 機(jī)械工程及自動(dòng)化 學(xué)院（系） 機(jī)械制造 專業(yè)類 班 學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間： 2020 年 3 月 4 日至 2020 年 6 月 11 日 答辯時(shí)間： 年 月 日 成 績(jī)： 指導(dǎo)教師： 兼職教師或答疑教師（并指出所負(fù)責(zé)部分）： 系（教研室） 主任（簽字）： 注：任務(wù)書應(yīng)該附在已完成的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的首頁(yè)。 北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 I 頁(yè) 本人聲明 我聲明，本論文及 其研究工作是由本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨(dú)立完成的，在完成論文時(shí)所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。 作者： 簽字： 時(shí)間： 2020 年 6 月 北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 II 頁(yè) 單關(guān)節(jié)尾鰭推進(jìn)式仿生機(jī)器魚的設(shè)計(jì)與 研究 學(xué) 生： 指導(dǎo)老師： 摘 要 本文模仿自然界中真實(shí)魚類尾鰭擺動(dòng)模式， 自主 設(shè)計(jì) 研發(fā) 一套 單關(guān)節(jié)尾鰭推進(jìn)式的小型機(jī)器魚系統(tǒng)， 滿足設(shè)計(jì) 功能和性能 指標(biāo)， 其具人機(jī) 進(jìn)行交互 性和 觀賞性 。 整個(gè)設(shè)計(jì)過程分為機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 軟 /硬件設(shè)計(jì) 。本文 借助 三維設(shè)計(jì)軟件 Solidworks進(jìn)行 機(jī)械結(jié)構(gòu)建模，并對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)做 干涉檢驗(yàn)以及 運(yùn)動(dòng)仿真，借助 Arduino 集成開發(fā)編譯環(huán)境，編寫控制程序， 并選用配套硬件電路板完成電機(jī)控制、 遙控 通信等任務(wù)。 經(jīng) 多次 實(shí)驗(yàn) 優(yōu)化 ， 最終開發(fā) 出較高推進(jìn)效率的尾鰭， 并測(cè)試 高 效 尾鰭推進(jìn)下機(jī)器魚的最大航行速度、轉(zhuǎn)彎半徑、最大上浮 /下潛 速度 等性能指標(biāo) ， 同時(shí) 選用合適的遙控通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器魚在一定水深范圍內(nèi)的自由遙控控制 。 此外 ，對(duì)機(jī)器魚外殼做了美化處理，并對(duì) 其他項(xiàng)目指標(biāo)進(jìn)行 測(cè)試，如浸泡 密封 測(cè)試 、續(xù)航時(shí)間測(cè)試 等 。測(cè)試表明， 所有功能和性能均 滿足 設(shè)計(jì) 要求 。 關(guān)鍵詞： 機(jī)器魚，觀賞型，遙控，尾鰭推進(jìn) 北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 III 頁(yè) Design and Research on a Biomimetic Robotic Fish with Singlejoint Actuation Propelled by Caudal fin Author: Tutor: Abstract Imitating the style of the motion of fish mail in nature, this paper design and develop a single joint tail finpropelled small robotic fish system. To meet the design specifications of the premise, it has a certain manmachine which is interactional and ornamental. The whole design process is divided into mechanical design, software and hardware design. The threedimensional design software Solidworks is used for mechanical structural modeling, interference check and motion simulation tests. Arduino integrating development environment is used for piling and writing controlling procedures and hardware circuit board is selected to plete motor control, remote munications and other tasks. After repeated experiments optimization, the high propulsive efficiency tail fin is designed at last and maximum sailing speed, radius of turning circle ,the maximum floating and diving speed of robotic fish under the promote of caudal fin is tested. At the same time, we use the appropriate choice of remote munication technologies to achieve free remote control of the machine fish when the depth of the water is certain. Additionally, the robot fish shell is landscaped and other items are tested, such as immersion test that under water for a long time and the test of the continuation of the journey. Testing shows that all items meet the requirements. Key words: Robotic fish, Ornamental, Remote control, Caudal fin propulsion 北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 IV 頁(yè) 目 錄 1 緒論 ...................................................................................................................................... 1 課題背景及目的 ........................................................................................................... 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ........................................................................................................... 1 國(guó)外研究現(xiàn)狀 .................................................................................................... 1 國(guó)內(nèi)研究概況 .................................................................................................... 2 課題研究方法 ............................................................................................................... 3 論文構(gòu)成及研究?jī)?nèi)容 ................................................................................................... 3 2 機(jī)器魚機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .......................................................................................................... 5 魚類推進(jìn)機(jī)理分析 ....................................................................................................... 5 驅(qū)動(dòng)器的選擇 ............................................................................................................... 5 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 ....................................................................................................