魚類機器人的設(shè)計和動態(tài)分析摘要本文介紹設(shè)計與分析“魚樣水下機器人”。為了發(fā)展游泳機器人像一條真正的魚類，廣泛的動力分析引用在研究魚類的生物學(xué)特別是其機動性和推進作用。模擬游泳是為了實現(xiàn)carangiform的游泳。這是快速模擬游泳用它的尾巴和腳來進行推進。為了產(chǎn)生旋渦的配置，提供高效率的旋渦推動，已經(jīng)應(yīng)用尾鰭來偏航和沖擊。為了潛水，保持身體平衡，使用一對胸鰭來運動。我們已經(jīng)推導(dǎo)出PoTuna運動方程的兩種方法。在第一種方法中，我們使用水下航行器的運動方程關(guān)于勢流理論的力量推進。在第二種方法中，我們使用UVM（水下機器人，機械手）的運動方程。然后，我們比較這些結(jié)果。.引言在許多方面魚是非常令人印象深刻的運動員，游泳潛水機器人可以像魚一樣比潛艇更優(yōu)于使用推動。例如，魚類機器人可能更安靜，更靈活，可能更節(jié)能。大約70年前，JamesGray先生提出了所謂Gray的悖論，刺激大量的研究和爭議1，2，3。悖論表明，如果一個活躍的游泳海豚的阻力等于一個剛性模型拖著同樣的速度，海豚肌肉必須能夠產(chǎn)生比典型的哺乳動物肌肉1至少多7倍的能耗。在最近多年來，Triantafylloueta1.3,4,5提出了一種Gray悖論的解釋。他提出，魚能夠利用能源，在一個激流存在的漩渦中，通過貯藏渦和魚的振蕩游泳運動導(dǎo)致流動relaminization這有助于減少身體阻力13。各種各樣的推進計劃已經(jīng)進行了調(diào)查，大多數(shù)魚類的調(diào)查已經(jīng)側(cè)重于carangiform游泳。在carangiform游泳中，當推進機構(gòu)運動主要局限于身體后部三分之一的尾巴12時，魚身體前部三分之二就用一個剛性方式移動。Kelly校準16,17在標準控制仿射形式的方法和幾何框架上通過降低拉格朗日導(dǎo)出了一個下沉探測片的運動方程。截至目前，許多實驗和動態(tài)的分析被濃縮在魚類機器人10，11，15正向和回轉(zhuǎn)運動上。在本文中，我們考慮設(shè)計一個carangiform魚類機器人及其三維動態(tài)分析。我們已經(jīng)推導(dǎo)出魚類機器人的運動方程的兩種方法。我們使用勢流理論的力量和UVM（水下機器人，機械手）尾的方法。然后，我們比較這些成果。其余的文件被編織如下。第2節(jié)介紹了魚類機器人（PoTuna)的設(shè)計。第3節(jié)介紹了魚類機器人的動態(tài)模型。第4節(jié)包含一些結(jié)論性意見。II.設(shè)備硬件我們嘗試建立一個高速，潛水魚機器人。為了高速，我們模仿金槍魚的carangiform模式和弦月形的尾巴。金槍魚的身體非常堅硬和精簡能適用于高速。為了潛水我們使用一對升力的胸鰭，為了轉(zhuǎn)折點我們使用腹鰭。我們嘗試發(fā)展股型魚類機器人，幾個部分作為動力裝置和一個控制單元。那個魚類機器人名叫PoTuna大約有1米的體長和25公斤的體重。圖1和圖2是一個PoTuna的圖片和示意圖。它包括一個尾部裝置，一套電池組，一個R/C組合，一個胸鰭股。為了兩個鏈接尾部裝置有一個遙控汽車和防爆裝置，這是一個欠系統(tǒng)電機。電池組是使用7.2V，3300mAh鎳氫。R/C組合是包含一個射頻接收器和一個8051控制器。為了轉(zhuǎn)折點和上下動議胸鰭單位裝有兩個舵機和機芯。魚類機器人的身體形態(tài)影響大力推進性能和游泳速度。當然，在游泳時希望有小的阻力。然而，只有流體力學(xué)因素我們不能決定體形。圖1.機器魚Potuna的圖片圖2.機器魚Potuna的結(jié)構(gòu)因為，它必須是重力和浮力立場的平衡中心，每個機械部件的位置受限制。身體的設(shè)計點如下。身體形態(tài)相匹配的機械部件的位置，要求均衡設(shè)計總量（位移）和總重量,要求平衡形狀的重心和浮力點，要求一些阻力，要有一些水流量的干擾圍繞著尾鰭，一個簡單的形狀，便于更好地建設(shè)。III.系統(tǒng)建模在本節(jié)中，我們將得出PoTuna運動方程兩種使用方法。A.PoTuna建模使用勢流理論在第一種方法中，我們認為，通過尾振蕩PoTuna的身體堅硬和強硬，它外力的一種作為阻力，推力，等等。我們假設(shè)流體是非粘性的，不可壓縮，不旋轉(zhuǎn)和理想流體。根據(jù)這些水動力和扭矩作用于探測片被確定使用勢流理論67。為了運動規(guī)劃和控制器設(shè)計，存在和自由的影響和中央渦被忽略并被視為干擾。