【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于仿生机器鱼，具体涉及一种尾鳍驱动式仿生机器鱼胸鳍辅助驱动运动方法。
技术介绍
1、为更好的探索利用海洋资源，水下仿生机器人因其自身优点成为近年研究关注较多的对象。相比于传统的螺旋桨驱动，仿鱼类运动机理的鳍驱动系统具有高机动性，强隐蔽性等优势。目前，仿生机器鱼已广泛应用于军事、勘探、养殖等各领域。鱼类的推进效率可达90％以上，同时可以实现快速启动、急停、急转等高机动性动作。根据鱼类推进方式的差异可将其分为尾鳍推进(body and/or caudal fin propulsion,bcf)模式和胸鳍推进(mediaand/or paired fin propulsion,mpf)模式。因目前仿生机器鱼多采用单一驱动模式，而在适合高速运动的bcf模式中，尾鳍的摆动提供了绝大多数的推力，所以目前仿生机器鱼的研究多集中在尾鳍水动力性能上，胸鳍运动方式及其水动力性能的研究相对较少。生物学研究表明，鱼类在不同的场景下往往采用胸鳍和尾鳍两种不同的推进方式互相切换或采用混合方式来获得更强的机动性。目前仿生机器鱼多采用胸鳍或尾鳍单一驱动模式，存在驱动效率低下，机动性较差等缺陷。为进一步提升仿生机器鱼的机动性，部分学者提出以尾鳍驱动为主，胸鳍辅助驱动的双驱动运动方式。胸鳍运动通常可分解为上下、前后的拍翼运动和旋转摇翼运动，二自由度刚性胸鳍运动仅涉及前后的拍翼运动和旋转式摇翼运动。当前研究者们为提高胸鳍辅助推进效果，根据胸鳍摇翼方式的不同提出了不同的胸鳍辅助驱动运动方式。
2、1996年kato等在论文“pectoral f
3、李宗刚等人在《船舶力学》发表的论文“机器鳕鱼胸鳍/尾鳍协同推进直线游动动力学建模与实验研究”中设计了一种二自由度胸鳍/尾鳍协同推进的仿生机器鳕鱼，建立了一种二自由度胸鳍运动模型，其特征在于前后拍翼运动时，到达前后两个拍翼极限点时停止拍翼运动，之后进行旋转式摇翼运动，完成摇翼运动后继续进行拍翼运动，这种运动方式在向后拍翼过程中可以获得最大的推力增加，将其定义为停摇方法。
4、杨佳瑞等人在《机械设计》发表的论文“3自由度胸鳍机器鱼动力学建模及推进性能分析”中设计了一种三自由度胸鳍机器鱼推进机构，研究了鱼体在三自由度胸鳍推进和两侧胸鳍与尾鳍协同推进两种模式下的游动性能。研究对胸鳍运动方式做出一定优化，通过对摇翼幅值、相位差的控制使胸鳍的摇翼运动尽可能发生在向前拍翼运动的初始和末端位置，以尽可能减小胸鳍在水流方向的投影面积，进而减小胸鳍向前拍翼过程中产生的阻力，将其定义为回摇方法。
5、经水动力计算和实验证明，采用胸鳍辅助驱动的仿生机器鱼在驱动效率及机动性方面均较单一驱动方式有所提升。但以上几种方式普遍存在胸鳍运动阻力大，平均推力小，胸尾鳍联合驱动增益不显著等问题。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种尾鳍驱动式仿生机器鱼胸鳍辅助驱动运动方法，包括：
2、胸鳍在前后拍翼的过程中同时进行旋转摇翼运动，以减小胸鳍运动产生的阻力，提升胸鳍产生的平均推力，增加机器鱼的机动性。胸鳍的推力主要在胸鳍向后拍翼时产生，向前拍翼时则更多产生阻力，通过牺牲掉一部分推力来最大程度减小向前拍翼时的阻力。
3、将一个完整的胸鳍运动周期，分为向后拍翼和向前拍翼两个阶段，每个阶段又分别分为三个运动区间，以胸鳍摇翼旋转轴即胸鳍随体坐标系o-x'y'z'的oy'轴表示胸鳍所在位置，将三个运动区间划分为：向后拍翼a—>b—>c—>d和向前拍翼d—>c—>b—>a。其中，a、d两点分别为胸鳍拍翼的前后极限点。
4、胸鳍向后拍翼过程为：胸鳍摇翼旋转轴线与oa重合时为胸鳍运动初始位置，此时胸鳍鳍面与水平面平行，胸鳍旋转摇翼角φy等于0度，胸鳍处于最小迎流面积状态。在a—>b运动区间，胸鳍进行摇翼运动，胸鳍鳍面由水平逐步旋转为垂直状态，胸鳍旋转摇翼角φy由0度逐步变为90度，胸鳍在b点处于最大迎流面积状态。在b—>c区间，停止摇翼运动，保持最大迎流面向后拍翼，以使胸鳍在向后拍翼时产生最大推力。在c—>d区间，胸鳍继续进行旋转摇翼运动，胸鳍鳍面由垂直状态逐步恢复为水平状态，胸鳍旋转摇翼角由90度逐步0度，胸鳍鳍面由最大迎流面旋转为最小迎流面。在a—>b和c—>d运动区间，胸鳍并非一直保持最大迎流面，因而在向后拍翼的过程中产生的推力并非最大，牺牲掉部分推力的原因，是为使胸鳍在向前拍翼的过程中产生的阻力最小。
5、胸鳍运动到后极限点d时，开始向前拍翼运动。在后极限点d处胸鳍鳍面处于水平状态，为最小迎流面状态，在向前拍翼d—>c—>b—>a的整个过程中，胸鳍停止摇翼，摇翼角φy始终保持0度，使胸鳍保持最小迎流面向前拍翼，回到前极限点a。这样做的目的是使胸鳍在向前拍翼时产生的阻力最小，从而使胸鳍在前后拍翼过程中产生的平均推力最大，从而在辅助尾鳍驱动时使机器鱼的推进效果最佳。
6、回到前极限点a后，胸鳍循环进行向后拍翼和向前拍翼过程。
7、前后拍翼过程中a、b、c、d四个位置均可根据需要进行调整，b、c两点亦可重合，使摇翼运动贯穿整个运动周期，从而使胸鳍辅助推进效果达到最优。
8、本专利技术通过减小整个周期内产生的阻力来获得平均推力的提升，因其在向后拍翼过程中完成摇翼运动，将其定义为“后摇方法”。
9、本专利技术有益效果：
10、将胸鳍向前拍翼过程中的阻力降到最低；提高胸鳍向后拍翼和向前拍翼过程中的平均推力，提升胸鳍辅助推进效率；提升尾鳍和胸鳍联合驱动的尾鳍驱动式仿生机器鱼的机动性。
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1.一种尾鳍驱动式仿生机器鱼胸鳍辅助驱动运动方法，胸鳍在前后拍翼的过程中同时进行旋转摇翼运动，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种用于尾鳍驱动式仿生机器鱼的胸鳍辅助驱动运动方法，其特征在于，前后拍翼过程中A、B、C、D四个位置均可根据需要进行调整，B、C两点亦可重合。
3.根据权利要求1所述的一种用于尾鳍驱动式仿生机器鱼的胸鳍辅助驱动运动方法，其特征在于，胸鳍在前后拍翼过程中保持一定角速度按照既定函数φz＝-φza·cos(ωz·t)进行运动。
【技术特征摘要】
1.一种尾鳍驱动式仿生机器鱼胸鳍辅助驱动运动方法，胸鳍在前后拍翼的过程中同时进行旋转摇翼运动，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种用于尾鳍驱动式仿生机器鱼的胸鳍辅助驱动运动方法，其特征在于，前后拍翼过程中a、b、c、d...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓芳，李琳，王琛，张帅，杨化林，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：
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