[發明專利]一種快速、精確的仿生機器魚C形起動的運動控制方法

有效

• 申請號: 201110390702.1
• 申請日: 2011-11-30
• 公開（公告）號: CN102411307A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 喻俊志;蘇宗帥;吳正興;譚民
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

1.一種仿生機器魚C形起動的運動控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1，在仿生機器魚C形起動的彎曲階段，對于具有較小尾鰭的魚類，建立小尾鰭模型，對于具有較大尾鰭的魚類，建立大尾鰭模型；

步驟2，通過設置小尾鰭模型與大尾鰭模型轉動關節的轉角限制和被動轉動關節的關節轉角來使仿生機器魚達到C形；

步驟3，在仿生機器魚C形起動的保持階段，基于動態軌跡跟蹤算法重新設置每個轉動關節的關節轉角，以減小機器魚受到的水的反沖力；

步驟4，在仿生機器魚C形起動的伸展階段，根據魚體波公式來設置轉動關節的位置，以使機器魚伸展開來。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述機器魚包括魚喙J₀、n個關節J_i，i＝1，2，...，n、尾鰭節點J_n+1、n+1個體段L_i，i＝0，1，...，n，其中，L₀表示機器魚的頭部，L_n表示機器魚的尾鰭。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟1中的小尾鰭模型為：機器魚開始C形起動時，關節J_i依順序依次開始轉動，每個關節J_i都有轉角限制θ_i，轉角限制θ_i依次減小，當關節J_i轉動到達轉角限制θ_i后，下一關節J_i+1開始轉動，當轉動關節轉動的時候，其后所有不轉動關節始終保持直線狀態，且該直線通過機器魚的質心

4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟1中的大尾鰭模型為：機器魚開始C形起動時，除尾鰭外，其余關節J_i均開始轉動，但每個關節J_i都有轉角限制θ_i，轉角限制θ_i是相等的，在整個轉動過程中，只有尾鰭所在體段保持通過機器魚的質心其他關節J_i在關節轉角限制的范圍內同時轉動。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2中轉動關節的關節轉角限制是給定具體角度值，被動轉動關節的關節轉角的計算進一步包括以下步驟，假設現在的轉動關節為J_i：

步驟2.1，計算關節J_i+1的坐標(x_i+1，y_i+1)：

xi+1=Σj=0iljcos(Σk=0jθk)yi+1=Σj=0iljsin(Σk=0jθk),]]>

其中，(x_i+1，y_i+1)表示關節J_i+1的坐標，l_j表示關節段的長度，θ_k表示關節段與關節段間的夾角；

步驟2.2，計算關節段的質心的坐標

xci=1Σj=0imj[xci-1·Σj=0i-1mj+mi(xi+lCicos(Σj=0iθj))]yci=1Σj=0imj[yci-1·Σj=0i-1mj+mi(yi+lCisin(Σj=0iθj))],]]>

其中，表示質心的坐標，m_i表示關節段的質量，表示關節J_i到關節段的質心的距離，θ_j表示關節段與關節段間的夾角；

步驟2.3，計算關節J_i+1的關節轉角即關節段與關節段間的夾角θ_i+1：

θi+1=arccos(C~iJi+1→·JiJi+1→|C~iJi+1→|·|JiJi+1→|),]]>

=arccos(xi+1-xCi)(xi+1-xi)+(yi+1-yCi)(yi+1-yi)(xi+1-xCi)2+(yi+1-yCi)2·li]]>

其中，表示關節段的質心點，J_i表示第i關節，(x_i+1，y_i+1)表示關節J_i+1的坐標，表示質心的坐標。