仿生水母机器人设计与优化：提升水下推进效率的仿生结构与流体动力学研究

这篇研究通过仿生学设计（bionics）和连杆机构优化，开发了一种新型仿生水母机器人。研究结合ADAMS-ISIGHT联合仿真与计算流体力学（CFD）分析，优化了触角摆动角度（41.11°）和功耗，实现了1.86 m/s2的瞬时加速度和4.66 N推进力，为水下隐蔽探测提供了高效解决方案。

　　

Highlight

水母的喷射推进机制使其在水中具备高效机动性。通过调整伞盖方向，水母能灵活改变运动轨迹，而触须形态（如伸展增加阻力或弯曲引导水流）进一步优化了运动性能。

Structure of the jellyfish robot

该仿生机器人采用对称式连杆-杆件结构，伞盖扩张直径728 mm，收缩直径558 mm。其核心模块包括驱动系统（含重心调节装置）和柔性触须阵列，通过铰链简化触须刚性模型，保留关键形变特征。

Theoretical calculation

基于单触须简化模型，建立流体阻力方程：推进力F_p=ρV²A_eC_d，其中ρ为流体密度，A_e为有效作用面积。通过ADAMS仿真验证触须摆动相位差对涡流生成的调控作用。

Dynamic model analysis of tentacles

结合Daniel和McHenry理论，将水母运动简化为伞盖脉动模型。CFD模拟显示：优化后的扇形触须截面产生定向射流，瞬时推力达4.66 N，比传统柱状触须提升37%。

Conclusion

本研究通过多目标优化实现了仿生运动与工程效率的平衡。未来可集成AI算法实现自主避障，为海洋环境监测（如珊瑚礁勘测）提供仿生平台。