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外文翻译--动态建模的多连杆式游泳机器人的三维仿真 中文版.doc

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外文翻译--动态建模的多连杆式游泳机器人的三维仿真 中文版.doc

动态建模的多连杆式游泳机器人的三维仿真1.北京中科院自动化研究所,复杂系统与智能科学学院1000802.北京大学力学与空间技术系100871摘要:本文提出了一种能够自由游动的机器人模型,它是一个灵活的多连杆机器人。在使用Schiehlen方法的前提下,实现多关节联动。这种游泳机器人,例如机器鱼和机器人海豚,包含一系列的动力推进模块,这种推动力是通过其胸鳍的波动、振荡以及向下运动所产生。这种机器人的构造被视为是一种开放的,树状结构的多体系统。它所表达的水动力和动量的系统是基于稳态振荡箔流体力学理论,这些理论通过运动学和力学分析,得出完整的动力学方程,方程的形式适合于控制器的设计与计算机模拟。计算机得出结论和实验仿真结果的吻合说明机器鱼具有好的整体性能,它也部分证明了所提出模型所具有的潜力,同时也为其它类型的游泳机器人的发展奠定了基础。1.引言(1)由于游泳机器人的具体水下应用具有很大潜力,越来越多的研究和文献上都出现了有关于游泳机器人的设计和控制。其中,鱼样或海豚机器人最为人们所重视,这是因为它们具有更高的性能,它们的推进器在加速,速度,效率,机动性都优于传统的推进器。科学们推出海洋推进机制可追溯到上世纪30年代,从那时起,很多科学家一直致力于减阻机制,流体动力学,运动控制,以及可操作性等问题。接下来我们简要介绍一下游泳的机器人的发展。科学家们最早期的研究主要集中于建立水动力模型,并采用稳态流理论计算模型的受力。后来,更多的鱼型运动模型被创造出来,如吴氏最初提出的二维挥舞板理论,该理论成为了研究鱼类机器人的一个模板;此后,线性或非线性延长挥舞板理论,elongatedbody理论和大振幅细长体理论的形成,使得鱼类游泳机得到进一步发展。所以在此之后很多机构研制出了形态和运动方式都和海洋动物相似的游泳机器人,其中比较出名的包括麻省理工学院的研发的RoboTuna和RoboPike,德雷珀实验室的VCUUC,三菱机器鱼,七鳃鳗机器人,Blackbass机器人,两关节海豚机器人,多关节机器鱼(例如,于氏鱼和埃塞克斯鱼),knifefish仿真起伏鳍等。然而,到目前为止,很少有游泳机器人模型能够实现轨迹运动和实时控制,而且大多数提出的议案都是以牛顿欧拉方程为基础的,所以鱼和鲸类动物模型能够轻松地在三维水生环境进行自由游动,并且能够实现潜水深度的控制。现阶段游泳机器人的下潜和向上

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