外文翻譯-- 魚(yú)類機(jī)器人的設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)分析 中文版.doc

魚(yú)類機(jī)器人的設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)分析摘要本文介紹設(shè)計(jì)與分析“魚(yú)樣水下機(jī)器人”。為了發(fā)展游泳機(jī)器人像一條真正的魚(yú)類，廣泛的動(dòng)力分析引用在研究魚(yú)類的生物學(xué)特別是其機(jī)動(dòng)性和推進(jìn)作用。模擬游泳是為了實(shí)現(xiàn)carangiform的游泳。這是快速模擬游泳用它的尾巴和腳來(lái)進(jìn)行推進(jìn)。為了產(chǎn)生旋渦的配置，提供高效率的旋渦推動(dòng)，已經(jīng)應(yīng)用尾鰭來(lái)偏航和沖擊。為了潛水，保持身體平衡，使用一對(duì)胸鰭來(lái)運(yùn)動(dòng)。我們已經(jīng)推導(dǎo)出PoTuna運(yùn)動(dòng)方程的兩種方法。在第一種方法中，我們使用水下航行器的運(yùn)動(dòng)方程關(guān)于勢(shì)流理論的力量推進(jìn)。在第二種方法中，我們使用UVM（水下機(jī)器人，機(jī)械手）的運(yùn)動(dòng)方程。然后，我們比較這些結(jié)果。.引言在許多方面魚(yú)是非常令人印象深刻的運(yùn)動(dòng)員，游泳潛水機(jī)器人可以像魚(yú)一樣比潛艇更優(yōu)于使用推動(dòng)。例如，魚(yú)類機(jī)器人可能更安靜，更靈活，可能更節(jié)能。大約70年前，JamesGray先生提出了所謂Gray的悖論，刺激大量的研究和爭(zhēng)議1，2，3。悖論表明，如果一個(gè)活躍的游泳海豚的阻力等于一個(gè)剛性模型拖著同樣的速度，海豚肌肉必須能夠產(chǎn)生比典型的哺乳動(dòng)物肌肉1至少多7倍的能耗。在最近多年來(lái)，Triantafylloueta1.3,4,5提出了一種Gray悖論的解釋。他提出，魚(yú)能夠利用能源，在一個(gè)激流存在的漩渦中，通過(guò)貯藏渦和魚(yú)的振蕩游泳運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致流動(dòng)relaminization這有助于減少身體阻力13。各種各樣的推進(jìn)計(jì)劃已經(jīng)進(jìn)行了調(diào)查，大多數(shù)魚(yú)類的調(diào)查已經(jīng)側(cè)重于carangiform游泳。在carangiform游泳中，當(dāng)推進(jìn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)主要局限于身體后部三分之一的尾巴12時(shí)，魚(yú)身體前部三分之二就用一個(gè)剛性方式移動(dòng)。Kelly校準(zhǔn)16,17在標(biāo)準(zhǔn)控制仿射形式的方法和幾何框架上通過(guò)降低拉格朗日導(dǎo)出了一個(gè)下沉探測(cè)片的運(yùn)動(dòng)方程。截至目前，許多實(shí)驗(yàn)和動(dòng)態(tài)的分析被濃縮在魚(yú)類機(jī)器人10，11，15正向和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)上。在本文中，我們考慮設(shè)計(jì)一個(gè)carangiform魚(yú)類機(jī)器人及其三維動(dòng)態(tài)分析。我們已經(jīng)推導(dǎo)出魚(yú)類機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方程的兩種方法。我們使用勢(shì)流理論的力量和UVM（水下機(jī)器人，機(jī)械手）尾的方法。然后，我們比較這些成果。其余的文件被編織如下。第2節(jié)介紹了魚(yú)類機(jī)器人（PoTuna)的設(shè)計(jì)。第3節(jié)介紹了魚(yú)類機(jī)器人的動(dòng)態(tài)模型。第4節(jié)包含一些結(jié)論性意見(jiàn)。II.設(shè)備硬件我們嘗試建立一個(gè)高速，潛水魚(yú)機(jī)器人。為了高速，我們模仿金槍魚(yú)的carangiform模式和弦月形的尾巴。金槍魚(yú)的身體非常堅(jiān)硬和精簡(jiǎn)能適用于高速。為了潛水我們使用一對(duì)升力的胸鰭，為了轉(zhuǎn)折點(diǎn)我們使用腹鰭。我們嘗試發(fā)展股型魚(yú)類機(jī)器人，幾個(gè)部分作為動(dòng)力裝置和一個(gè)控制單元。那個(gè)魚(yú)類機(jī)器人名叫PoTuna大約有1米的體長(zhǎng)和25公斤的體重。圖1和圖2是一個(gè)PoTuna的圖片和示意圖。它包括一個(gè)尾部裝置，一套電池組，一個(gè)R/C組合，一個(gè)胸鰭股。為了兩個(gè)鏈接尾部裝置有一個(gè)遙控汽車(chē)和防爆裝置，這是一個(gè)欠系統(tǒng)電機(jī)。電池組是使用7.2V，3300mAh鎳氫。R/C組合是包含一個(gè)射頻接收器和一個(gè)8051控制器。為了轉(zhuǎn)折點(diǎn)和上下動(dòng)議胸鰭單位裝有兩個(gè)舵機(jī)和機(jī)芯。魚(yú)類機(jī)器人的身體形態(tài)影響大力推進(jìn)性能和游泳速度。當(dāng)然，在游泳時(shí)希望有小的阻力。然而，只有流體力學(xué)因素我們不能決定體形。圖1.機(jī)器魚(yú)Potuna的圖片圖2.機(jī)器魚(yú)Potuna的結(jié)構(gòu)因?yàn)椋仨毷侵亓透×α?chǎng)的平衡中心，每個(gè)機(jī)械部件的位置受限制。身體的設(shè)計(jì)點(diǎn)如下。身體形態(tài)相匹配的機(jī)械部件的位置，要求均衡設(shè)計(jì)總量（位移）和總重量,要求平衡形狀的重心和浮力點(diǎn)，要求一些阻力，要有一些水流量的干擾圍繞著尾鰭，一個(gè)簡(jiǎn)單的形狀，便于更好地建設(shè)。III.系統(tǒng)建模在本節(jié)中，我們將得出PoTuna運(yùn)動(dòng)方程兩種使用方法。A.PoTuna建模使用勢(shì)流理論在第一種方法中，我們認(rèn)為，通過(guò)尾振蕩PoTuna的身體堅(jiān)硬和強(qiáng)硬，它外力的一種作為阻力，推力，等等。我們假設(shè)流體是非粘性的，不可壓縮，不旋轉(zhuǎn)和理想流體。根據(jù)這些水動(dòng)力和扭矩作用于探測(cè)片被確定使用勢(shì)流理論67。為了運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和控制器設(shè)計(jì)，存在和自由的影響和中央渦被忽略并被視為干擾。