[发明专利]一种精确控制机器鱼C形转弯运动的方法

摘要

本发明公开了一种精确控制机器鱼C形转弯运动的方法，以现有仿生机器鱼C形转弯的姿态曲线簇为基础进行分析，得到C形转弯的过程可以分为收缩阶段和释放阶段；以机器鱼躯体的对称中心为对象，得C形转弯的运动学方程，据此方程绘制出仿生机器鱼巡游时某时刻的尾部运动姿态曲线，每个时刻的姿态曲线为k个刚性关节拟合而成，通过数值逼近和最小误差法得出各个关节运动控制方程；各关节的运动学方程为研究和分析机器鱼的运动姿态提供了运动学模型，能使仿生机器鱼具有快速转向的能力，使机器鱼能够获得更大的转弯力矩，最终能够使机器鱼具备良好的推进性能。

主权项

1.一种精确控制机器鱼C形转弯运动的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，以现有仿生机器鱼C形转弯的姿态曲线簇为基础进行分析，得到C形转弯的过程可以分为两个阶段：收缩阶段和释放阶段；在收缩阶段鱼体快速的向一边弯曲，周围流体产生一个推动鱼体转动的转动力矩，从而使鱼能够进行快速的转向，收缩的速度越快C形转弯的角度越大；在释放阶段鱼体从前至后缓慢的舒展躯体，减小对流体的扰动和能量的消耗，当躯体完全伸直后完成转弯的过程；步骤二，以机器鱼躯体的对称中心为对象，简化机器鱼C形转弯物理模型，设机器鱼在任意时刻尾部运动关节弯曲形成的圆弧的曲率半径为R_c(t)，圆心坐标为(x_c,y_c)，得C形转弯的运动学方程如下式所示：其中：l_h为机器鱼头部刚性段长度；m是仿生机器鱼的实际转动中心的横坐标；a是机器鱼体干上某点到鼻尖的总弧长；l为机器鱼整体的体长；步骤三，将步骤二中的C形转弯的运动学方程离散成随时间变化的N个尾部运动姿态，据此方程绘制出仿生机器鱼巡游时某时刻的尾部运动姿态曲线；步骤四，假设机器鱼有k个关节，步骤三中每个时刻的姿态曲线为k个刚性关节拟合而成，通过数值逼近得出各个关节C形转弯运动控制方程：其中：j＝1...k；a_j为每个关节的摆动幅值；为第j个关节在转弯时收缩阶段的用时；T₁^j为第j个关节在转弯时释放阶段的用时。