| 摘要 | 第4-6页 |
| ABSTRACT | 第6-7页 |
| 第1章 绪论 | 第15-25页 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 | 第15-16页 |
| 1.2 水黾生物学研究概况 | 第16-19页 |
| 1.2.1 水黾体表超疏水机理 | 第16-17页 |
| 1.2.2 水黾水面漂浮机理 | 第17-18页 |
| 1.2.3 水黾水面运动机理 | 第18-19页 |
| 1.3 仿水黾机器人试验样机国内外研究现状 | 第19-23页 |
| 1.3.1 国外研究概况 | 第19-22页 |
| 1.3.2 国内研究概况 | 第22-23页 |
| 1.4 目前仿水黾机器人研究存在的不足及问题简析 | 第23-24页 |
| 1.5 本文主要研究内容 | 第24-25页 |
| 第2章 表面张力主导的水黾水面运动分析 | 第25-42页 |
| 2.1 引言 | 第25页 |
| 2.2 水黾腿部结构 | 第25-26页 |
| 2.3 微小生物水面运动表面张力作用 | 第26-28页 |
| 2.3.1 基于尺度效应的表面张力作用分析 | 第26-27页 |
| 2.3.2 基于流体力学无量纲数的表面张力作用分析 | 第27-28页 |
| 2.4 表面张力主导的水黾水面漂浮机理 | 第28-38页 |
| 2.4.1 广义的阿基米德浮力定律 | 第28-30页 |
| 2.4.2 Young-Laplace方程 | 第30页 |
| 2.4.3 水黾水面漂浮能力分析 | 第30-34页 |
| 2.4.4 水黾体表超疏水性重要性分析 | 第34-38页 |
| 2.5 表面张力主导的水黾水面运动机理 | 第38-41页 |
| 2.5.1 表面张力驱动生物学原理 | 第38-40页 |
| 2.5.2 水黾中腿空间类椭圆形划水轨迹 | 第40-41页 |
| 2.6 本章小结 | 第41-42页 |
| 第3章 仿水黾机器人超疏水材料特性分析 | 第42-57页 |
| 3.1 引言 | 第42页 |
| 3.2 仿水黾超疏水材料 | 第42-45页 |
| 3.2.1 铜基底超疏水材料的制备 | 第43-44页 |
| 3.2.2 铜基底超疏水材料微结构等效模型 | 第44-45页 |
| 3.3 超疏水材料接触角滞后分析 | 第45-49页 |
| 3.3.1 接触角滞后现象 | 第45-46页 |
| 3.3.2 Cassie状态接触角滞后 | 第46-48页 |
| 3.3.3 铜基底超疏水材料接触角滞后分析 | 第48-49页 |
| 3.4 水压引起的超疏水材料超疏水性失效分析 | 第49-56页 |
| 3.4.1 微结构与水接触相互作用 | 第50页 |
| 3.4.2 超疏水性失效分析模型 | 第50-54页 |
| 3.4.3 分子动力学模拟验证 | 第54-55页 |
| 3.4.4 铜基底超疏水材料抗失效能力分析 | 第55-56页 |
| 3.5 铜基底超疏水材料应用于仿水黾机器人的可行性验证 | 第56页 |
| 3.6 本章小结 | 第56-57页 |
| 第4章 机器人水与空气界面运动与水相互作用分析 | 第57-69页 |
| 4.1 引言 | 第57页 |
| 4.2 并排多细长圆柱体与水面接触相互作用分析 | 第57-63页 |
| 4.2.1 二维分析模型 | 第57-60页 |
| 4.2.2 影响因素分析 | 第60-63页 |
| 4.3 细长圆柱体水面运动受力分析 | 第63-66页 |
| 4.3.1 圆柱体轴线方向分力 | 第63-64页 |
| 4.3.2 竖直面内垂直圆柱体轴线方向分力 | 第64-65页 |
| 4.3.3 水平面内垂直圆柱体轴线方向分力 | 第65-66页 |
| 4.4 细长圆柱体水面划水刺破水面临界条件分析 | 第66-68页 |
| 4.5 本章小结 | 第68-69页 |
| 第5章 表面张力驱动微型仿水黾机器人设计 | 第69-88页 |
| 5.1 引言 | 第69页 |
| 5.2 机器人研制遵循的仿生原则 | 第69-70页 |
| 5.3 机器人结构组成 | 第70-71页 |
| 5.4 机器人支撑腿与驱动腿 | 第71-74页 |
| 5.4.1 腿部外形设计 | 第71-72页 |
| 5.4.2 刚度校核 | 第72-74页 |
| 5.5 机器人驱动机构设计 | 第74-82页 |
| 5.5.1 凸轮连杆机构 | 第75-77页 |
| 5.5.2 运动学分析 | 第77-80页 |
| 5.5.3 仿水黾空间类椭圆形划水轨迹的实现 | 第80-82页 |
| 5.6 机器人支撑腿布局设计 | 第82-87页 |
| 5.6.1 支撑系统水面负载能力 | 第82-84页 |
| 5.6.2 机器人水面负载能力影响因素分析 | 第84-87页 |
| 5.7 本章小结 | 第87-88页 |
| 第6章 机器人水面运动分析与仿真 | 第88-114页 |
| 6.1 引言 | 第88页 |
| 6.2 机器人水面运动稳定性分析 | 第88-103页 |
| 6.2.1 机器人水面漂浮简化模型 | 第88-91页 |
| 6.2.2 驱动腿划水对机器人稳定性影响分析 | 第91-99页 |
| 6.2.3 驱动腿安装位置对机器人水面稳定性影响分析 | 第99-103页 |
| 6.3 机器人水面运动动力学分析 | 第103-107页 |
| 6.3.1 两驱动腿同步划水直线运动动力学分析 | 第105-106页 |
| 6.3.2 机器人转弯运动动力学分析 | 第106-107页 |
| 6.4 机器人水面运动动力学仿真 | 第107-113页 |
| 6.4.1 两驱动腿同步划水直线运动 | 第108-109页 |
| 6.4.2 两驱动腿交替划水直线运动 | 第109-111页 |
| 6.4.3 单驱动腿划水转弯运动 | 第111-112页 |
| 6.4.4 驱动腿刺破水面对机器人运动性能的影响 | 第112-113页 |
| 6.5 本章小结 | 第113-114页 |
| 第7章 机器人样机实验与运动性能分析 | 第114-125页 |
| 7.1 引言 | 第114页 |
| 7.2 机器人试验样机研制 | 第114-116页 |
| 7.2.1 机器人样机加工与组装 | 第114-115页 |
| 7.2.2 机器人驱动控制 | 第115-116页 |
| 7.3 机器人水面运动实验 | 第116-121页 |
| 7.3.1 驱动腿划水动作 | 第116-117页 |
| 7.3.2 两驱动腿同步划水直线运动实验 | 第117-118页 |
| 7.3.3 两驱动腿交替划水直线运动实验 | 第118-119页 |
| 7.3.4 单驱动腿划水转弯运动实验 | 第119-120页 |
| 7.3.5 实验结果与仿真结果对比分析 | 第120-121页 |
| 7.4 驱动腿仿水黾划水动作的优点分析 | 第121-123页 |
| 7.5 机器人与水黾水面运动动力相似性分析 | 第123-124页 |
| 7.6 本章小结 | 第124-125页 |
| 结论 | 第125-126页 |
| 创新点 | 第126页 |
| 展望 | 第126-127页 |
| 参考文献 | 第127-136页 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 | 第136-139页 |
| 致谢 | 第139-140页 |
| 个人简历 | 第140页 |
