仿生水蛇结构设计及水动力特性研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

2020年3月18日，中国海油宣布重要发现，我国渤海莱州湾北部地区勘探出大型油田垦利6-1，这是继渤中19-6后又一重大发现。

认识与开发海洋是众多国家的一项重要计划。海洋的研究与开发离不开先进的技术手段和设备的支持，目前广泛应用的科学探测设备包括遥控无人潜水器、自主式水下机器人（auv）等。这些机器人配备有先进传感器和执行器，对于探索水下矿藏、生物多样性以及完成安装、操纵水下设备具有重要作用。

而随着仿生学的发展，人们把目光对准了生物界。其中，蛇是无四肢动物中最庞大的一类，在几千年的进化中，蛇的身体发展为具有低重心、高冗余度、多自由度、良好的稳定性等特点，具有复杂多变的运动方式。对于水下勘探，地形往往复杂多变，仿生水蛇机器人因其柔韧的蛇体可以更加灵活地适应各种复杂的水下环境，适应传统的海底矿藏调查、输油管道检查、钻井平台水下结构检修、电缆检查水下机器人难以到达或勘探的区域。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：由于水下运动环境的特殊性和复杂性，因此拥有一个良好的结构设计至关重要。同时不确定的控制模型会影响机器人在水下的运行，为保证运动的稳定性，建立仿生分析系统，通过动力学仿真软件进行水动力分析不可或缺。本文将进行水下仿生蛇形机器人的结构设计和水动力分析。

目标：本文将实现多关节仿生水蛇机械结构设计，参考自然界蛇的运动机理，结合matlab软件，建立仿生水蛇动力学模型；基于stm32，开发多关节仿生水蛇推进系统的控制模块。根据matlab计算出水蛇运动各节点相对应的关系方程，推导出仿生水蛇多关节转动的数学模型。

技术方案：

3. 研究计划与安排

1）2020.01.01--2020.03.25 阅读相关文献，并完成外文文献翻译工作。提交开题报告，阶段性报告1篇。

2）2020.03.25--2020.04.25 仿生水蛇结构设计，并实现仿生水蛇流体分析。提交阶段性报告1篇。

3）2020.04.25--2020.05.25 实现仿生水蛇推进控制系统设计，以及仿生水蛇的总体控制方案设计，调整水蛇内部结构。提交阶段性报告1篇。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]彭演宾. 基于万向机构的仿生蛇的运动控制研究[d].北京理工大学,2015.

[2]张丹凤,李斌,常健.基于角度对称性调节的蛇形机器人路径跟随方法[j/ol].机器人:1-8[2019-12-19]. https://doi.org/10.13973/j.cnki.robot.180768.

[3]张卫兵.基于单目视觉的未知环境蛇形机器人slam技术研究[j].电子世界,2019(18):181-182.