仿生自主推进柔性板集群运动的流固耦合数值研究的任务书.docx

仿生自主推进柔性板集群运动的流固耦合数值研究的任务书
任务书：仿生自主推进柔性板集群运动的流固耦合数值研究
背景介绍：
柔性机器人是一种能够自适应地变形和完成各种工作的机器人，被广泛应用于生产、医疗和救援等领域。近年来，柔性板集群技术已逐渐成为一种重要的柔性机器人解决方案，它由多个柔性板拼接而成，通过集群化运动实现高效灵活的空间操作。
本次研究以柔性板集群为研究对象，通过仿生学的思想设计柔性板的结构和运动方式，进而实现柔性板集群的自主推进。同时，本次研究将运用流固耦合数值分析方法对柔性板集群的运动过程进行数值模拟，为实现柔性板集群的精确控制提供理论基础。
研究内容：
1、设计柔性板集群的结构和运动方式，实现自主推进，达到灵活性、高效性和美观性的要求；
2、基于四元数描述柔性板运动，建立柔性板集群的运动学模型，分析柔性板集群的运动规律；
3、依据柔性板的物理特性和运动规律，建立柔性板的流固耦合数值模型，包括柔性板的材料力学模型、流体动力学模型和壁面网格模型等；
4、建立柔性板集群的流固耦合数值模型，分析柔性板集群的运动过程及其流体环境之间的相互作用以及流固耦合效应；
5、编写流固耦合数值模拟程序，进行柔性板集群的数值模拟，通过对流固耦合现象的分析，提出柔性板集群运动的优化策略。
研究目的：
本次研究旨在探索柔性板集群的自主推进技术及其在空间操作中的应用，同时提出一种基于流固耦合数值模拟的分析方法，为柔性机器人的设计、控制和应用提供新的思路和支持。
研究意义：
柔性板集群具有良好的应变灵敏性和主动控制能力，能够完成较大的变形和灵活的运动。本次研究通过研究柔性板集群的结构和运动方式，以及流固耦合数值模拟方法，提供了一种新的思路和方法，为柔性机器人领域的应用提供了一种新的解决方案。
研究计划：
第一年：设计柔性板集群的结构和运动方式，建立柔性板的运动学模型，初步搭建流固耦合数值模型，完成柔性板的力学性能的测试；
第二年：深入研究流固耦合数值模型，对柔性板集群的运动过程进行数值模拟，分析流固耦合现象及其影响机理，提出优化策略；
第三年：编写流固耦合数值模拟程序，进行大规模的仿真实验，验证解决方案的有效性，并结合实验数据不断优化方案；
第四年：根据研究成果，撰写论文，并在相关国内外学术期刊及会议上发表，申请相关专利。
参考文献：
1.M.Takesue,T.Matsuda,K.Sato,andD.Iida,“Amultiple-deformation-robotbasedoncontinuousdeformablebodyusingmodulestrategy,”inProceedings-IEEEInternationalConferenceonRoboticsandAutomation,ICRA,pp.584-589,2018.
2.J.LiandC.Liu,“Fluid-structureinteractionmodelingofflexibleplateunderimpulsingwaves,”JournalofWaterway,Port,CoastalandOceanEngineering,vol.138,no.6,pp.457-468,2012.
3.L.WangandJ.Wang,“Flow-induceddeformationofflexiblethinplates,”JournalofFluidMechanics,vol.751,pp.514-540,2014.
4.G.S.Keenan,“Designandkinematicsofanorigami-inspiredroboticmanipulator,”RoboticsandAutonomousSystems,vol.91,pp.86-96,2017.