仿生机器鱼S形起动的控制与实现

给出一种仿生机器鱼S形起动的控制方法.结合北美狗鱼S形起动的形态特征及水动力学知识,建立了多关节链式结构仿生机器鱼的S形起动模型.整个过程设计为两个阶段:1)弯曲阶段:以转向速度最大化为目标.在鱼体S形变保证重心稳定平移的前提下,增大较长转向力臂处的转向力矩,提高转向速度,使鱼体迅速转向目标方向.2)伸展阶段:以增大前推力为目标.始终保持部分将要伸展的鱼体垂直前进方向,以L形滑动方式打开鱼体.同时,为保证转向精度,采用模糊控制调节已展开鱼体关节的小角度转动,实时纠正鱼体展开所引起的游动方向偏离.在S形起动末期,采用变幅值–频率的中枢模式发生器(Central pattern generator,CPG)实现向稳态游动方式的过渡:前期为保证游动方向及获取较大推进力,采用小幅值–高频率的CPG信号,后期则进入大幅值–低频率的稳态游动.最终,采用四关节仿生机器鱼验证了该方法的有效性,实现了峰值转速为318.08±9.20/s、转向误差为1.03±0.48的较好结果,对提升水下游动机器人的机动性能具有指导意义.

仿鱼机器人S形快速起动的推进效率分析

基于白斑狗鱼主动/被动S形起动的体干曲线的摆动规律,为研制的仿鱼机器人建立S形起动的运动方程.通过流体举力、边界层摩擦阻力和纵向附加质量力等水动力计算,分析仿鱼机器人S形起动的水下推进效率.利用主动/被动S形起动的多步态仿真实验,给出仿鱼机器人动能、输入功率和推进效率等水下机动性能指标,为仿鱼机器人的水下机动推进实验研究和优化设计提供理论依据.

斑马鱼S型起动运动学研究

快速起动是鱼类重要的一种机动能力，有助于鱼类的逃逸和捕食。快速起动通常分为C形起动和S形起动两种模式。本文利用数字式高速摄像机定量地研究了斑马鱼从低速巡游状态做出捕食反应的运动过程。通过分析斑马鱼的运动图像，发现S形起动过程大体可以分解为三个阶段：第一阶段，斑马鱼的头部和尾部都迅速向相同的一个体侧方向转动，整个身体近似弯曲反写的S型。第二阶段，斑马鱼的头部转向捕食方向，尾部摆动1～2个周期，整个身体近似成S型。第三阶段整个鱼体逐渐恢复平直形态，其前端2／3的部分不再摆动，维持一种类似在水中滑翔的游动姿态。本文定量分析了各个阶段鱼体躯干曲线的形状，给出了鱼体的速度分布，并定性地解释了S形起动的力学机理。

基于S-C形变换的仿生机器鱼运动控制算法

为了提高机器鱼的进攻效率,提出一种基于S-C形变换的控制算法。通过对仿生机器鱼S形和C形起动的动力学分析,设计机器鱼S形和C形结合的进攻方式,帮助仿生机器鱼在水中更好的达到力量与速度的平衡。

仿生机器鱼的快速起动性能研究

基于鱼类快速起动的仿生学研究,建立了仿生机器鱼S形起动的运动方程,对S形起动的鱼体体干曲线波分别进行仿真计算和分析。通过解析鱼体受到的横向摆动流体举力、尾涡反作用力、边界层摩擦阻力和纵向附加质量力,建立快速起动的动力学模型。利用多步态的仿真实验,分析讨论了各起动性能指标的变化情况,并阐明了各运动控制参数对快速起动性能的影响。