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鱼类机器人的设计和动态分析摘要本文介绍设计与分析鱼样水下机器人。为了发展游泳机器人像一条真正的鱼类,广泛的动力分析引用在研究鱼类的生物学特别是其机动性和推进作用。模拟游泳是为了实现carangiform的游泳。这是快速模拟游泳用它的尾巴和脚来进行推进。为了产生旋涡的配置,提供高效率的旋涡推动,已经应用尾鳍来偏航和冲击。为了潜水,保持身体平衡,使用一对胸鳍来运动。我们已经推导出PoTuna运动方程的两种方法。在第一种方法中,我们使用水下航行器的运动方程关于势流理论的力量推进。在第二种方法中,我们使用UVM(水下机器人,机械手)的运动方程。然后,我们比较这些结果。Ⅰ.引言在许多方面鱼是非常令人印象深刻的运动员,游泳潜水机器人可以像鱼一样比潜艇更优于使用推动。例如,鱼类机器人可能更安静,更灵活,可能更节能。大约70年前,JamesGray先生提出了所谓Gray的悖论,刺激大量的研究和争议1,2,3。悖论表明,如果一个活跃的游泳海豚的阻力等于一个刚性模型拖着同样的速度,海豚肌肉必须能够产生比典型的哺乳动物肌肉1至少多7倍的能耗。在最近多年来,Triantafylloueta1.3,4,5提出了一种Gray悖论的解释。他提出,鱼能够利用能源,在一个激流存在的漩涡中,通过贮藏涡和鱼的振荡游泳运动导致流动relaminization这有助于减少身体阻力13。各种各样的推进计划已经进行了调查,大多数鱼类的调查已经侧重于carangiform游泳。在carangiform游泳中,当推进机构运动主要局限于身体后部三分之一的尾巴12时,鱼身体前部三分之二就用一个刚性方式移动。Kelly校准16,17在标准控制仿射形式的方法和几何框架上通过降低拉格朗日导出了一个下沉探测片的运动方程。截至目前,许多实验和动态的分析被浓缩在鱼类机器人10,11,15正向和回转运动上。在本文中,我们考虑设计一个carangiform鱼类机器人及其三维动态分析。我们已经推导出鱼类机器人的运动方程的两种方法。我们使用势流理论的力量和UVM(水下机器人,机械手)尾的方法。然后,我们比较这些成果。其余的文件被编织如下。第2节介绍了鱼类机器人(PoTuna的设计。第3节介绍了鱼类机器人的动态模型。第4节包含一些结论性意见。II.设备硬件我们尝试建立一个高速,潜水鱼机器人。为了高速,我们模仿金枪鱼的carangiform模式和弦月形的尾巴。金枪鱼的身体非常坚硬和精简能适用于高速。为了潜水我们使用一对升力的胸鳍,为了转折点我们使用腹鳍。我们尝试发展股型鱼类机器人,几个部分作为动力装置和一个控制单元。那个鱼类机器人名叫PoTuna大约有1米的体长和25公斤的体重。图1和图2是一个PoTuna的图片和示意图。它包括一个尾部装置,一套电池组,一个R/C组合,一个胸鳍股。为了两个链接尾部装置有一个遥控汽车和防爆装置,这是一个欠系统电机。电池组是使用7.2V,3300mAh镍氢。R/C组合是包含一个射频接收器和一个8051控制器。为了转折点和上下动议胸鳍单位装有两个舵机和机芯。鱼类机器人的身体形态影响大力推进性能和游泳速度。当然,在游泳时希望有小的阻力。然而,只有流体力学因素我们不能决定体形。图1.机器鱼Potuna的图片图2.机器鱼Potuna的结构因为,它必须是重力和浮力立场的平衡中心,每个机械部件的位置受限制。身体的设计点如下。身体形态相匹配的机械部件的位置,要求均衡设计总量(位移)和总重量,要求平衡形状的重心和浮力点,要求一些阻力,要有一些水流量的干扰围绕着尾鳍,一个简单的形状,便于更好地建设。III.系统建模在本节中,我们将得出PoTuna运动方程两种使用方法。A.PoTuna建模使用势流理论在第一种方法中,我们认为,通过尾振荡PoTuna的身体坚硬和强硬,它外力的一种作为阻力,推力,等等。我们假设流体是非粘性的,不可压缩,不旋转和理想流体。根据这些水动力和扭矩作用于探测片被确定使用势流理论67。为了运动规划和控制器设计,存在和自由的影响和中央涡被忽略并被视为干扰。1)鱼体的动力学方程刚体的运动在三维空间可以表示为14是惯性矩阵和鱼体的科式/心矩阵,分别,η是鱼类机器人的惯性框架,q是鱼类机器人的速度对身体固定框架(Bth帧)和τ给出了
编号:201311171515176740    大小:341.00KB    格式:DOC    上传时间:2013-11-17
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英文资料库上传于2013-11-17

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