[發明專利]一種精確控制機器魚關節運動的方法

有效

• 申請號: 201710563872.2
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN107783419B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 婁保東;叢宇
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;B63C11/52
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 祁文彥

1.一種精確控制機器魚關節運動的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，以機器魚原始運動學模型f_B(x,t)為基礎，在考慮魚頭晃動的條件下，建立機器魚尾部運動方程f_T(x,t)：

f_T(x,t)＝[c₁(x-m)+c₂(x-m)²]sin[ωt+k'(x-m)]-c₁sin(ωt)(x-m)

其中：f_T(x,t)為魚體的橫向位移；c₁為魚體波波幅包絡線的一次項系數；c₂為魚體波波幅包絡線的二次項系數；m為機器魚魚頭的晃動中心距離頭部與尾部運動關節連接點的距離；ω為魚體波頻率；k'為魚體波波數，k'＝2π/λ，λ為魚體波波長；

步驟二，將步驟一中的機器魚尾部運動方程離散成隨時間變化的N個尾部運動姿態F_T(x,i)(i＝0......N)，據此方程繪制出機器魚巡游時某一時刻的運動姿態曲線，以及對應這個運動姿態的魚尾部運動曲線；

步驟三，假設機器魚共有k個關節，對步驟二得到的魚尾部運動曲線，用數值逼近和最小誤差法得到機器魚各個關節在該時刻的運動姿態下實際需要轉動的角度，并建立角度控制方程：

其中：j＝1...k，a_j為每個關節轉動的擺動幅值；為每個關節轉動的初始相位值。

2.根據權利要求1所述的精確控制機器魚關節運動的方法，其特征在于：步驟三中所述最小誤差法用誤差方程為：

其中：R_p為一個假設的長度比例相關系數，R_p∈[0,1]，它表示剛性關節與機器魚尾部運動方程曲線的交點到起點之間的關節長度占總長度的比例，

其中：M為離散點數；

g_i,j(x)＝k_i,jx+b_i,j

式中：為第j個關節在離散時刻為i處的橫向終點坐標；為第j個關節在離散時刻為i處的橫向起點坐標；為第j個關節在離散時刻為i處的縱向終點坐標；第j個關節在離散時刻為i處的縱向起點坐標。

3.根據權利要求1所述的精確控制機器魚關節運動的方法，其特征在于：所述機器魚包括三個主驅動關節，每個主驅動關節之間沿魚身體長方向設置有四個從驅動關節，每個主驅動關節均包括一個舵機和驅動桿，驅動桿一端與舵機的輸出軸連接，另一端與相鄰主驅動關節的舵機固定連接；每個從驅動關節包括支撐環、脊椎骨鉸鏈和脊椎骨鉸鏈連接桿，支撐環上具有用于固定脊椎骨鉸鏈的卡槽，脊椎骨鉸鏈具有第一連接部和第二連接部，第二連接部呈U型，第二連接部卡設于支撐環的卡槽中，第一連接部通過脊椎骨鉸鏈連接桿與前一個從驅動關節的第二連接部轉動連接，第二連接部通過脊椎骨鉸鏈連接桿與后一個從驅動關節的第一連接部轉動連接，多個從驅動關節的脊椎骨鉸鏈首尾相連形成機器魚的脊椎。

4.根據權利要求3所述的精確控制機器魚關節運動的方法，其特征在于：三個主驅動關節的長度比例為1:1:1.2。

5.根據權利要求3所述的精確控制機器魚關節運動的方法，其特征在于：支撐環內部與脊椎骨鉸鏈和舵機之間設置有泡沫。

6.根據權利要求3所述的精確控制機器魚關節運動的方法，其特征在于：舵機設置于舵機外殼內，舵機外殼上開設有弧形軌道，驅動桿中間部位向下垂直連接有一個支撐桿，支撐桿的底端連接有一個滾球，舵機帶動驅動桿轉動，驅動桿帶動支撐桿連同滾球在弧形軌道內來回滾動。