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《水下仿生机器鱼的研究进展I——鱼类推进机理》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第24卷第2期机器人ROBOTVol.24,No.22002年3月March,2002文章编号:1002-0446(2002)02-0107-04水下仿生机器鱼的研究进展I--鱼类推进机理*梁建宏王田苗魏洪兴(北京航空航天大学机器人研究所北京100083)摘要:仿生机器鱼技术是近年来水下机器人领域研究的热点之一,它为研制高效、高机动性和低噪声的水下运载器提供了新的思路.本文以鱼的脊椎曲线为研究对象,提出了一种新的鱼类推进机理--波动推进,分析了波动推进过程中的运动阻力.通过鱼类游动观测实验和仿生机器鳗鱼的研制,
2、验证了该理论的有效性.关键词:仿生机器鱼;脊椎曲线;波动推进中图分类号:TP24文献标识码:BRESEARCHANDDEVELOPMENTOFUNDERWATERROBOFISHI-DEVELOPMENTOFASMALLEXPERIMENTALROBOFISHLIANGJian-hongWANGTian-miaoWEIHong-xing(RoboticInstituteofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsBeijing,100083)Abstract:T
3、heBionicRobofishTechnologyisoneofthehotspotsintheunderwaterroboticsresearchfieldinre-centyears.Itprovidesanewtrainofthinkingforpeopletodeveloptheunderwatervehicleswithhighefficiency,highmaneuverability,andlownoise.Thisarticlemakessomeresearchonthefishvertebr
4、alcurve,bringsforwardafishpropulsiontheory-undulatepropulsion.Andthedragduringthefish'sundulatepropulsionisalsoanalyzed.Throughtheobservingexperimentsonrealfishswimmingandbionicroboteeldeveloping,weprovetheefficiencyofthistheory.Keywords:robofish;vertebralcu
5、rve;undulatepropulsion1引言(Introduction)性和结构的动态特点,1984年Hess和Videler针对与身体长度相比其侧向振幅很小的鱼类提出了"薄高效、高机动性水下运载器是目前水下运载器体理论"[4];假定鱼沿纵向弯曲刚度为常量.1994年设计领域的研究热点,它基于鱼在水中的游动特性[5]Cheng和Blickhan提出了"波动平板理论".1998及其身体结构分析.由于鱼类的推进模式不同于常年Cheng提出了"动态梁理论".近年来,麻省理工学规的螺旋桨推进,所以近年来关于鱼类推
6、进机理的院的Triantfyllou等人研究发现,在自行驱动的鱼类研究引起了越来越多研究者的兴趣.1970年体后部有射流形成,这些喷射的涡流在产生推力方Lighthill将空气动力学的二维机翼理论运用于尾鳍面起着非常重要的作用[6,7].根据"射流推进理论",推进的研究,提出了用于分析鱼参科推进模式的"细长他们研制了"仿生金枪鱼"和"仿生梭鱼".体理论"[1,2].1977年,M.G.Chopra和T.Kambe又鱼类行为学家的研究表明,大多数鱼类把身体提出了一种可用于大摆幅、月牙形尾鳍推进的"二维当作推进器,
7、身体左右摆动击水,利用其产生的反作抗力理论",该理论是1953年Hancock提出的"大摆用力使鱼体向前推进.金枪鱼、旗鱼、鲨鱼类游泳时幅抗力理论"与1971年Lighthill提出的"大摆幅细身体摆动实际上只限于尾部;而鳗鲡、泥鳅、鳝鱼等,长体理论"的补充[3].考虑到鱼类游动的生物力学特*基金项目:中国科学院机器人学开放研究实验室基金资助项目(项目编号:RL200011);国防基础科研项目(项目编号:J1300C1004).收稿日期:2001-09-04108机器人2002年3月它们的尾鳍退化,其前进完全依
8、赖身体的摆动.基于波速V,以地为参考系,设躯体对地速度为V工作B,这种推进原理,我们提出了"波动推进理论",试图从质对地速度为V由于鱼体在水中的阻力与速度呈W,波动学的角度阐释鱼类的游动机理.我们把鱼体的递增关系,故在启动瞬间,鱼体受到的阻力可以忽略脊椎抽象为几何曲线,称之为脊椎曲线,鱼体通过改不计,因此应用动量守恒有变脊椎曲线直接控制身体周围的水流来产生推力.M1×VW=M0×VB(
