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單關(guān)節(jié)尾鰭推進(jìn)式仿生機(jī)器魚的設(shè)計與研究——畢業(yè)設(shè)計論文-展示頁

2024-09-10 13:54本頁面
  

【正文】 美觀的效果。本論文試圖通過對魚類體型與運動模式的生物學(xué)仿真,設(shè)計并制作小型機(jī)器魚的本體,再配以控制系統(tǒng)軟硬件、裝配調(diào)試、下水實驗等環(huán)節(jié),積累小型仿生機(jī)器魚制作方面的技術(shù)經(jīng)驗。所以體長較短。減小機(jī)器魚的體長面臨一些難點,例如對空間布置、能源、密封、水中的平衡和穩(wěn)定技術(shù)等等需要特殊考慮。課題的研究充分體現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計的特點,即在給定參數(shù)下,粗略計算主要參數(shù)后開始設(shè)計,然后再對原來的設(shè)計進(jìn)行驗算,對其修改完善,在一個設(shè)計——修改——再設(shè)計——再修改的循環(huán)中,不斷完善設(shè)計,最終達(dá)到預(yù)期的設(shè)計目的。主要研究思路是首先提出總體方案,根據(jù)性能指標(biāo)參數(shù)并結(jié)合工程經(jīng)驗,對電機(jī)等部件進(jìn)行選型,然后展開設(shè)計。該機(jī)器魚的特點之一是控板充當(dāng)魚骨架,魚分成魚身、尾鰭、胸鰭三部分;特點之二是該魚尺度小,體長僅約9cm,寬約5cm,厚約3cm,重約60g,可以逼真的模擬魚的游動姿態(tài)。魚體中安裝了攝像頭與壓力傳感器,便于進(jìn)行控制與信息采集。 Essex大學(xué)G9機(jī)器魚 國內(nèi)研究概況,魚體長約45cm,整個魚身有四個關(guān)節(jié)串聯(lián)而成,可以更真實的模擬魚的運動姿態(tài)。 PF300機(jī)器魚 2. 2003年,英國Essex大學(xué)機(jī)器魚課題組開始研制一系列機(jī)器魚,主要工作集中在實現(xiàn)仿魚游動,特別是非穩(wěn)定游動方面。另一個伺服電機(jī)位于尾部。 國外研究現(xiàn)狀1. 2000年,日本國家海洋中心為了研究機(jī)器魚的轉(zhuǎn)彎原理,開發(fā)了PF300。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)外開展機(jī)器魚的研究由來已久,不過從仿生學(xué)的角度設(shè)計機(jī)器魚實體,方始于上世紀(jì)九十年代。與人工的水中或水下航行器相比,魚類的游動具有推進(jìn)效率高、隱蔽性好、機(jī)動性好等優(yōu)點[1,2]。水下螺旋槳推進(jìn)式探測器同樣亦存在推進(jìn)效率低,機(jī)動性差,隱蔽性差等缺陷,而且螺旋槳容易被水藻等水生植物纏繞,導(dǎo)致槳葉受損,甚至螺旋槳無法運轉(zhuǎn)。在船舶行業(yè),螺旋槳推進(jìn)是當(dāng)下最普遍的推進(jìn)方式,但螺旋槳在水中轉(zhuǎn)動時,側(cè)面會產(chǎn)生渦流,增加動力消耗,降低游動速度。測試表明,所有功能和性能均滿足設(shè)計要求。經(jīng)多次實驗優(yōu)化,最終開發(fā)出較高推進(jìn)效率的尾鰭,并測試高效尾鰭推進(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),同時選用合適的遙控通信技術(shù),實現(xiàn)了機(jī)器魚在一定水深范圍內(nèi)的自由遙控控制。整個設(shè)計過程分為機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計,軟/硬件設(shè)計。北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 V 頁本人聲明我聲明,本論文及其研究工作是由本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨立完成的,在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。 完成多種尾鰭外形、多種頻率的驅(qū)動效率的實驗研究。完成需加工零件的二維圖紙,并完成零部件加工。 進(jìn)行市場調(diào)研,完成電機(jī)、電池、舵機(jī)、遙控器等部件的選型。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。 單位代碼 10006 學(xué) 號 1分類號 畢業(yè)設(shè)計(論文)單關(guān)節(jié)尾鰭推進(jìn)式仿生機(jī)器魚的設(shè)計與研究 學(xué)院名稱機(jī)械工程及自動化學(xué)院 專業(yè)名稱機(jī)械制造 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 2013年 6月 北京航空航天大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書Ⅰ、畢業(yè)設(shè)計(論文)題目: 單關(guān)節(jié)尾鰭推進(jìn)式仿生機(jī)器魚的設(shè)計與研究 Ⅱ、畢業(yè)設(shè)計(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設(shè)計技術(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。 Ⅲ、畢業(yè)設(shè)計(論文)工作內(nèi)容:了解國內(nèi)外仿生機(jī)器魚的研究現(xiàn)狀,完成調(diào)研報告。 對機(jī)器魚各功能單元進(jìn)行劃分和設(shè)計,完成機(jī)器魚機(jī)械結(jié)構(gòu)的三維建模。 零部件裝配,調(diào)試及測試 。 Ⅳ、主要參考資料:[1][J].華中科技大學(xué)學(xué)報,2007, 35(11):117121. [2]劉軍考,[J].機(jī)器人,2000,22(5):427432 . [3]——魚類推進(jìn)機(jī)理[J].機(jī)器人ROBOT,2002,24(2):107112. [4] ——小型實驗機(jī)器魚的研制[J].機(jī)器人ROBOT,2002,24(3):234239. 機(jī)械工程及自動化 學(xué)院(系) 機(jī)械制造 專業(yè)類 班學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計(論文)時間: 2013 年 3 月 4日至 2013 年 6 月 11 日答辯時間: 年 月 日成 績: 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(論文)的首頁。 作者: 簽字: 時間:2013年 6 月單關(guān)節(jié)尾鰭推進(jìn)式仿生機(jī)器魚的設(shè)計與研究 學(xué) 生: 指導(dǎo)老師: 摘 要本文模仿自然界中真實魚類尾鰭擺動模式,自主設(shè)計研發(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)計功能和性能指標(biāo),其具人機(jī)進(jìn)行交互性和觀賞性。本文借助三維設(shè)計軟件Solidworks進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)建模,并對機(jī)械結(jié)構(gòu)做干涉檢驗以及運動仿真,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)。此外,對機(jī)器魚外殼做了美化處理,并對其他項目指標(biāo)進(jìn)行測試,如浸泡密封測試、續(xù)航時間測試等。關(guān)鍵詞:機(jī)器魚,觀賞型,遙控,尾鰭推進(jìn)Design and Research on a Biomimetic Robotic Fish with Singlejoint Actuation Propelled by Caudal finAuthor: Tutor: AbstractImitating 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目 錄1 緒論 1 課題背景及目的 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 國外研究現(xiàn)狀 1 國內(nèi)研究概況 2 課題研究方法 3 論文構(gòu)成及研究內(nèi)容 32 機(jī)器魚機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計 5 魚類推進(jìn)機(jī)理分析 5 驅(qū)動器的選擇 5 驅(qū)動機(jī)構(gòu)的選擇 6 驅(qū)動器的選型 8 電機(jī)的選型 8 舵機(jī)的選型 10 整體機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計 11 尾鰭驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)計 11 胸鰭驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)計 12 機(jī)器魚的外殼設(shè)計 13 外形設(shè)計 13 殼內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計 15 密封設(shè)計 16 尾鰭設(shè)計 18 其他附件設(shè)計 18 美觀扣件設(shè)計 18 背鰭設(shè)計 19 本章小結(jié) 193 硬件電路設(shè)計與程序編寫 21 硬件電路設(shè)計 21 供電系統(tǒng)設(shè)計 21 電機(jī)驅(qū)動模塊選型 23 遙控器的選擇 24 主控板選擇 25 程序設(shè)計 26 運動模式分析 26 程序編寫工具 26 程序模塊劃分 2
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