機(jī)器人技術(shù)作業(yè)

簡在這次研究中們提出了一種新穎的實(shí)驗(yàn)方法器魚可此基于外部測量得到的施加在其身上的力反饋來改變自身的推進(jìn)速度具體地來說機(jī)魚被放置在一個(gè)水族箱里面最初是靜止的后三種典型的動(dòng)方式之一去擺動(dòng)它的身體作在機(jī)器魚身上的平均凈軸向力為零時(shí)機(jī)器魚就最終到了其自推進(jìn)游動(dòng)速度后機(jī)魚達(dá)到了一種穩(wěn)定的游動(dòng)狀態(tài)運(yùn)動(dòng)模型的推進(jìn)效果可被量化地記錄下來自進(jìn)條件下水力推進(jìn)效果需要同時(shí)測量功率外的力、尾流推進(jìn)效率需要通過力反饋的實(shí)驗(yàn)方法來獲得。為了量化機(jī)器魚游動(dòng)過程中產(chǎn)生的水流量，使用了高分辨率的數(shù)字式粒子圖像測速儀DPIV外將會(huì)分析所得到的測量結(jié)果，具體地來闡明魚的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的幾個(gè)重要問題。材及方法2.1基力反饋方法來確定機(jī)器魚的自推進(jìn)游動(dòng)三種方法確定魚的自推進(jìn)游動(dòng)：圖（）——主動(dòng)牽引模型，當(dāng)機(jī)器以一定的速度自推進(jìn)或者在一定速度的流場中自推進(jìn)游動(dòng)時(shí)其功率及所受到的力可通過外部的傳感器獲得而在很多其它的實(shí)驗(yàn)中器魚并不是在特定的流場中自推進(jìn)游動(dòng)且牽引力和阻力并不相等前量的實(shí)驗(yàn)證明了魚的速度、功率以及尾漩是相似的約束條件造成的。圖（）——被動(dòng)牽引模型，機(jī)器魚游動(dòng)它的身體產(chǎn)生一個(gè)軸向力，從而在空氣導(dǎo)軌上引起一個(gè)被動(dòng)速度得牽引力等于機(jī)器魚所受的不穩(wěn)定阻力加上連接柱子所受的阻力種

法看似符合自推進(jìn)的條件實(shí)上存在兩點(diǎn)不:1.機(jī)器魚附加的部分是無法忽略的會(huì)引起附加的慣性質(zhì)量這會(huì)使機(jī)魚的加速度和真魚之間有很大的差別時(shí)自推進(jìn)的速度也難以保證精確牽引系統(tǒng)不再能夠以一個(gè)特定的速度去牽引機(jī)器魚模型，這對(duì)于測量一些量化的動(dòng)力學(xué)參數(shù)而言很不方便。圖（）——力反饋控制的模型，結(jié)合了圖a）和圖b）所示模型的優(yōu)點(diǎn)。這種推進(jìn)機(jī)器魚模型可以根據(jù)魚身與流體之間的相互作用來選擇一個(gè)游動(dòng)方式據(jù)頓定律器在軸向上滿足：Fx是自由游動(dòng)的機(jī)器魚所受的凈軸向力。則圖（c）所示的機(jī)器魚型滿足：其中Fsx測得的軸向力mA是附加部分的質(zhì)量如（c中的虛線框所示。UT代表’點(diǎn)的軸向速度，為了使機(jī)器魚與自由游動(dòng)的與取得相同的游動(dòng)效果，我們定義UT=U.由于和U滿足連續(xù)性和可微性條件，我們有：將上式離散化處理得到：我們并不是用瞬時(shí)測得的Fsx為反饋力是采用加權(quán)平均數(shù)Fsx為反饋力：這里的σ區(qū)0.85這樣即使sx產(chǎn)生一個(gè)微小的變化我們都可以將其檢測出來反饋對(duì)牽引系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生任何影響就好像機(jī)器魚在自由游動(dòng)一樣這就實(shí)現(xiàn)了自推進(jìn)游動(dòng)的條件。此時(shí)，機(jī)器魚的游動(dòng)瞬時(shí)游動(dòng)速度可表示為：2.2實(shí)驗(yàn)的自推進(jìn)牽引系統(tǒng)及機(jī)器魚

實(shí)驗(yàn)儀器包括：4000w的直流電機(jī)，傳動(dòng)距離為，位置精度為0.1mm，最大速度為；7.8mxx1.1m的水族箱；連接在機(jī)器魚頭部的低阻力流線型支柱壓電式力傳感器Kislter9254C;高分辨率數(shù)字式粒子測速（DPIV機(jī)；機(jī)器魚，長58.8cm，重2.79kg。機(jī)器魚與真魚之間的參數(shù)對(duì)比：機(jī)器魚的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：

jj瞬時(shí)輸入電機(jī)的總功率可以表示為：其中的是機(jī)器魚身上電機(jī)的數(shù)目，這里的j=4。ω(t)表示電機(jī)角度的瞬時(shí)值，它是由電位計(jì)SV01A103所得的(t)的分，ω(t)=d(θ(t))/dt而M

(t)=K(t)I(t)，這里的K(t)=0.03Nm/A，(t)由霍爾傳感器ACS712測得。在一個(gè)周期內(nèi)，機(jī)器魚的總的平均消耗功率是個(gè)分散的電機(jī)的功率之和，即：機(jī)器魚自由游動(dòng)所消耗的功率P=總的功率P–機(jī)械傳動(dòng)損耗的功率里的P和P是讓魚分別在水中和空氣中游動(dòng)得到的數(shù)據(jù)，則有：DPIV及相關(guān)的開源軟件工具箱用于監(jiān)測由機(jī)器魚游動(dòng)形成的流場。在這篇文章中我們采用了一個(gè)二維的渦流模型并假定任意時(shí)刻由機(jī)器魚游動(dòng)所形成的動(dòng)量都包含在這個(gè)橢圓形的渦流中，從而可以用于估算推進(jìn)力。

機(jī)器魚的波動(dòng)會(huì)形成兩種尾流，即單列漩渦和雙列漩渦，分別如上圖中的a）和（b所示。對(duì)于單列漩渦，其時(shí)均推進(jìn)力為：其中，I是渦環(huán)的沖量，f是機(jī)器魚的拍動(dòng)頻率。同理，對(duì)于雙列漩渦，其時(shí)均推進(jìn)力為：2.3魚的三種主要游動(dòng)方式的波動(dòng)力學(xué)身體參與波動(dòng)的百分比在穩(wěn)定游動(dòng)時(shí)魚身的波長尾鰭拍動(dòng)的角度是區(qū)分三種主要游動(dòng)方式的依據(jù)。2.4水力學(xué)中一些無量綱參數(shù)的定義恒定速度下基于推進(jìn)力而定義的推進(jìn)效率，表達(dá)式為：U是自推進(jìn)速度，T是時(shí)均推進(jìn)力，P是自由游動(dòng)時(shí)的功率消耗。水力學(xué)中的類魚運(yùn)動(dòng)是由一個(gè)無量綱數(shù)——斯特魯哈爾數(shù)所決定的定義如下：其中，h是尾部的最大振幅，定義為：

推力系數(shù)定義為：游動(dòng)時(shí)的功率系數(shù)定義為：實(shí)驗(yàn)的不確定度定義為平均標(biāo)準(zhǔn)差：σ是每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的樣品標(biāo)準(zhǔn)差，N是測量次數(shù)，在本文中，N=5。3.結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，機(jī)器