实现预定游速的仿鱼机器人最佳效率运动规划new

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1、第46卷第17期机械工程学报Vol.46No.172010年9月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGSep.2010DOI：10.3901/JME.2010.17.022*实现预定游速的仿鱼机器人最佳效率运动规划陈维山夏丹刘军考韩路辉(哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150080)摘要：对仿鱼机器人推进而言，实现一个预定的游动速度可能存在多种运动方式，其中效率最高的运动方式只有一种。对实现预定游速的仿鱼机器人获得最佳效率进行运动规划研究。运用数值模拟方法，获得仿

2、鱼机器人的稳态游动速度，揭示其稳态速度、功率消耗和推进效率与不同运动方式之间的内在规律；进一步以获得最佳效率为目标函数，以实现预定游速为约束条件，以摆动频率f和尾部最大摆幅Amax定义的运动空间为设计变量，对仿鱼机器人进行运动规划研究。结果表明，低f和–1高Amax的运动方式可以在实现预定游速的同时，获得最佳的推进效率。以实现预定游速2m·s为例，低f和高Amax的运动方式其推进效率较高f和低Amax提高了37.7%，二者的三维流场结构清晰地反映了这一规律。研究结果对于获得仿鱼机器人实现预定游速的高效运

3、动规律，揭示稳态游动机理，设计仿鱼机器人的推进动作具有重要意义。关键词：仿鱼机器人运动规划预定游速最佳效率流场结构中图分类号：TP24MotionPlanningonOptimumEfficiencyofFishlikeRobotAchievingPrescribedSwimmingVelocityCHENWeishanXIADanLIUJunkaoHANLuhui(StateKeyLaboratoryofRoboticsandSystem,HarbinInstituteofTechnology,Har

4、bin150080)Abstract：Asforfishlikerobotpropulsion,thereexistanumberofpossiblemotionmodestoachieveaprescribedswimmingvelocity.Butforoptimumefficiency,thereisonlyonemode.Themotionplanningonoptimumefficiencyoffishlikerobotispresentedtoachieveaprescribedveloci

5、ty.Thesteadystateswimmingcanberealizedandtheintrinsicrulesforthesteadyvelocity,powerconsumptionandpropulsiveefficiencywithrespecttodifferentmotionmodesarerevealedbyusingthenumericalsimulationmethod.Theproblemofmotionplanningisformulatedtofindthemotionmod

6、ethatmaximizestheefficiencyoverthemotionspace,whichisdefinedbyoscillatingfrequencyfandmaximumamplitudeAmax,subjecttotheprescribedvelocity.Theresultsshowthatthemotion–1modewithlowerfandhigherAmaxcanobtainoptimumefficiencywhilesubjectedtotheprescribedveloc

7、ity.Taking2m·sforexample,thevalueofefficiencyforthemotionmodewithlowerfandhigherAmaxincreasesby37.7%comparedwiththatofhigherfandlowerAmax,andthistrendisclearlyreflectedbythethree-dimensionalflowstructure.Thefindingsareofgreatsignificancetotheacquiremento

8、fefficientmotionlaws,understandingofswimmingmechanismandthepropulsivemotiondesignforfishlikerobot.Keywords：FishlikerobotMotionplanningPrescribedvelocityOptimumefficiencyFlowfieldstructure秘密，结合最新科技成果开发出智能高效水下作业*0前言[1]系统，用以解