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本文对仿生机器鱼动力学建模与仿真进行了研究。主要内容如下:
⑴ 采用附加质量等方法简化分析了头部和摆动部分受到的流体作用力,对尾鳍的处理则利用有关拍动翼的研究结果。因此可以获得每个刚体的动力学方程,相加后再利用反力倒推的方法获得了整体的平面动力学模型。前进速度、横移速度、头部角速度、运动轨迹以及推进效率等推进特性均可以进行模型仿真和样机实验,经比较两者结果具有较好的一致性,从而验证了模型的有效性。
⑵ 给出了一种实现机器鱼圆周运动的方法,平面圆周运动是基于鱼体不对称摆动形成的,即向摆动部分施加静态偏角。对转弯特性有影响的参数包括所施偏角的大小、位置、施加时间等,而具体的影响通过仿真和实验进行研究,两者结果也有较好的一致性。在此基础上,本文进一步研究了转弯控制的方法。
⑶ 推导了机器鱼的三维动力学模型,其中上升下潜运动可以通过控制机器鱼的胸鳍攻角而实现。在进行了三维运动和相应的水动力学分析后,利用Schiehlen方法获得了该三维动力学模型。