機器人技術(shù)作業(yè)

簡在這次研究中們提出了一種新穎的實驗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速度具體地來說機魚被放置在一個水族箱里面最初是靜止的后三種典型的動方式之一去擺動它的身體作在機器魚身上的平均凈軸向力為零時機器魚就最終到了其自推進游動速度后機魚達到了一種穩(wěn)定的游動狀態(tài)運動模型的推進效果可被量化地記錄下來自進條件下水力推進效果需要同時測量功率外的力、尾流推進效率需要通過力反饋的實驗方法來獲得。為了量化機器魚游動過程中產(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外將會分析所得到的測量結(jié)果，具體地來闡明魚的運動學和動力學的幾個重要問題。材及方法2.1基力反饋方法來確定機器魚的自推進游動三種方法確定魚的自推進游動：圖（）——主動牽引模型，當機器以一定的速度自推進或者在一定速度的流場中自推進游動時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驗中器魚并不是在特定的流場中自推進游動且牽引力和阻力并不相等前量的實驗證明了魚的速度、功率以及尾漩是相似的約束條件造成的。圖（）——被動牽引模型，機器魚游動它的身體產(chǎn)生一個軸向力，從而在空氣導軌上引起一個被動速度得牽引力等于機器魚所受的不穩(wěn)定阻力加上連接柱子所受的阻力種

法看似符合自推進的條件實上存在兩點不:1.機器魚附加的部分是無法忽略的會引起附加的慣性質(zhì)量這會使機魚的加速度和真魚之間有很大的差別時自推進的速度也難以保證精確牽引系統(tǒng)不再能夠以一個特定的速度去牽引機器魚模型，這對于測量一些量化的動力學參數(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。這種推進機器魚模型可以根據(jù)魚身與流體之間的相互作用來選擇一個游動方式據(jù)頓定律器在軸向上滿足：Fx是自由游動的機器魚所受的凈軸向力。則圖（c）所示的機器魚型滿足：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’點的軸向速度，為了使機器魚與自由游動的與取得相同的游動效果，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)生一個微小的變化我們都可以將其檢測出來反饋對牽引系統(tǒng)不會產(chǎn)生任何影響就好像機器魚在自由游動一樣這就實現(xiàn)了自推進游動的條件。此時，機器魚的游動瞬時游動速度可表示為：2.2實驗的自推進牽引系統(tǒng)及機器魚

實驗儀器包括：4000w的直流電機，傳動距離為，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；機器魚，長58.8cm，重2.79kg。機器魚與真魚之間的參數(shù)對比：機器魚的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：

jj瞬時輸入電機的總功率可以表示為：其中的是機器魚身上電機的數(shù)目，這里的j=4。ω(t)表示電機角度的瞬時值，它是由電位計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。在一個周期內(nèi)，機器魚的總的平均消耗功率是個分散的電機的功率之和，即：機器魚自由游動所消耗的功率P=總的功率P–機械傳動損耗的功率里的P和P是讓魚分別在水中和空氣中游動得到的數(shù)據(jù)，則有：DPIV及相關的開源軟件工具箱用于監(jiān)測由機器魚游動形成的流場。在這篇文章中我們采用了一個二維的渦流模型并假定任意時刻由機器魚游動所形成的動量都包含在這個橢圓形的渦流中，從而可以用于估算推進力。

機器魚的波動會形成兩種尾流，即單列漩渦和雙列漩渦，分別如上圖中的a）和（b所示。對于單列漩渦，其時均推進力為：其中，I是渦環(huán)的沖量，f是機器魚的拍動頻率。同理，對于雙列漩渦，其時均推進力為：2.3魚的三種主要游動方式的波動力學身體參與波動的百分比在穩(wěn)定游動時魚身的波長尾鰭拍動的角度是區(qū)分三種主要游動方式的依據(jù)。2.4水力學中一些無量綱參數(shù)的定義恒定速度下基于推進力而定義的推進效率，表達式為：U是自推進速度，T是時均推進力，P是自由游動時的功率消耗。水力學中的類魚運動是由一個無量綱數(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：游動時的功率系數(shù)定義為：實驗的不確定度定義為平均標準差：σ是每個數(shù)據(jù)點的樣品標準差，N是測量次數(shù)，在本文中，N=5。3.結(jié)果實驗結(jié)果顯示，機器