机器鱼2D-游动的动力学建模与仿真

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本文以一类仿生机器鱼为原型,建立了胸鳍固定和胸鳍可摆动两种简化模型。基于Kanso理论对两种模型进行了动力学建模,并进行了仿真验证。   首先,将机器鱼简化为多刚体铰接机构,并假设环境为理想流体。然后应用Kanso方法,推导出固-液系统的拉格朗日函数。用微分纤维丛表示系统的状态空间,并分别在底空间和纤维型上计算拉格朗日函数的变分,得到两个方向上的拉格朗日-庞加莱方程,并推导其等价形式,得到易于研究机器鱼运动的微分方程。   其次,本文提出了一种基于碰撞单元的碰撞仿真方法,对机器鱼与机器鱼、机器鱼与水球、机器鱼与池壁、水球与池壁的四种碰撞进行了具体分析。   随后,针对胸鳍固定的仿真模型,对直游、转弯、倒游的行为,应用Matlab进行了仿真验证。对于胸鳍可摆动的模型,通过两组仿真与胸鳍固定的模型进行了对比。对于碰撞模型,给出了机器鱼之间、机器鱼与水球、机器鱼与池壁三种情况的Matlab仿真。   最后在总结全文的基础上提出了可进一步开展的研究方向。
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