[發(fā)明專利]仿生機器魚航行狀態(tài)平滑切換方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011484325.3
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112572740B
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發(fā)明（設計）人: 張艷紅;呂世家;莊明照;馮利平;張力寶
• 申請（專利權(quán)）人: 北京機電工程研究所
• 主分類號: B63H1/36
• 分類號: B63H1/36;B63H1/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及水下控制技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種仿生機器魚航行狀態(tài)平滑切換方法。該方法包括：利用中樞模式發(fā)生器CPG計算拍動電機的待切換轉(zhuǎn)動角度；將任意一個截面曲軸與扭轉(zhuǎn)軸之間的距離確定為與曲軸的轉(zhuǎn)動半徑相等；利用CPG計算扭轉(zhuǎn)電機的待切換轉(zhuǎn)動角度；根據(jù)所計算的拍動電機的待切換轉(zhuǎn)動角度控制拍動電機運動，根據(jù)所計算的扭轉(zhuǎn)電機的待切換轉(zhuǎn)動角度控制扭轉(zhuǎn)電機運動。由此，可以保證仿生機器魚航行狀態(tài)發(fā)生改變時，拍動電機及扭轉(zhuǎn)電機的運行狀態(tài)實現(xiàn)平滑切換，從而使胸鰭在兩個不同狀態(tài)之間平滑過渡，解決了仿生魚不同狀態(tài)切換時的震顫現(xiàn)象。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水下控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種仿生機器魚航行狀態(tài)平滑切換方法。

背景技術(shù)

二自由度胸鰭推進仿生機器魚采用仿蝠鲼的胸鰭推進方式，即胸鰭可實現(xiàn)上下拍動的同時也可以進行弦向扭轉(zhuǎn)。胸鰭拍動運動為繞拍動軸的正弦規(guī)律的轉(zhuǎn)動，由拍動電機驅(qū)動拍動軸實現(xiàn)胸鰭的正弦運動。胸鰭扭轉(zhuǎn)運動為繞扭轉(zhuǎn)軸的正弦規(guī)律的扭動，由扭轉(zhuǎn)電機驅(qū)動曲軸實現(xiàn)胸鰭繞扭轉(zhuǎn)軸的正弦運動。拍動電機直驅(qū)拍動軸實現(xiàn)胸鰭的正弦運動，因此拍動電機的運動規(guī)律也為正弦運動，而扭轉(zhuǎn)電機驅(qū)動曲軸使胸鰭繞扭轉(zhuǎn)軸實現(xiàn)正弦運動，扭轉(zhuǎn)電機的運動規(guī)律為非正弦運動。當仿生機器魚航行狀態(tài)發(fā)生變化時，胸鰭的拍動規(guī)律及扭轉(zhuǎn)規(guī)律必然發(fā)生改變，即拍動電機與扭轉(zhuǎn)電機運動規(guī)律發(fā)生改變。當拍動電機及扭轉(zhuǎn)電機運動參數(shù)變化時，在變化的時間點，拍動電機及扭轉(zhuǎn)電機的運動幅值會發(fā)生瞬間的跳躍，使胸鰭的拍動運動與扭轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生瞬間抖動，從而使仿生機器魚在水中出現(xiàn)震顫現(xiàn)象，這會對仿生機器魚的機械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動電機造成損害，不利于仿生機器魚的隱蔽性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供了一種仿生機器魚航行狀態(tài)平滑切換方法，能夠解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：一種仿生機器魚航行狀態(tài)平滑切換方法，其中，仿生機器魚包括多個胸鰭，每個胸鰭對應設置有扭轉(zhuǎn)軸、曲軸、拍動軸、支撐軸、拍動電機和扭轉(zhuǎn)電機，且每個胸鰭包括多個截面，該方法包括：

利用中樞模式發(fā)生器CPG計算拍動電機的待切換轉(zhuǎn)動角度；

將任意一個截面曲軸與扭轉(zhuǎn)軸之間的距離確定為與曲軸的轉(zhuǎn)動半徑相等；

利用CPG計算扭轉(zhuǎn)電機的待切換轉(zhuǎn)動角度；

根據(jù)所計算的拍動電機的待切換轉(zhuǎn)動角度控制拍動電機運動，根據(jù)所計算的扭轉(zhuǎn)電機的待切換轉(zhuǎn)動角度控制扭轉(zhuǎn)電機運動。

本發(fā)明還提供了一種仿生機器魚航行狀態(tài)平滑切換方法，其中，仿生機器魚包括多個胸鰭，每個胸鰭對應設置有扭轉(zhuǎn)軸、曲軸、拍動軸、支撐軸、拍動電機和扭轉(zhuǎn)電機，且每個胸鰭包括多個截面，該方法包括：

利用中樞模式發(fā)生器CPG計算拍動電機的待切換轉(zhuǎn)動角度；

根據(jù)預定比例范圍確定任意一個截面曲軸與扭轉(zhuǎn)軸之間的距離和曲軸的轉(zhuǎn)動半徑的比例；

將扭轉(zhuǎn)電機的非正弦運動擬合為正弦運動，得到擬合后的扭轉(zhuǎn)電機的正弦運動規(guī)律；

根據(jù)扭轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)動角度最大值與轉(zhuǎn)動角度最小值確定擬合后的扭轉(zhuǎn)電機的偏置；

根據(jù)扭轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)動角度最大值和擬合后的扭轉(zhuǎn)電機的偏置確定擬合后的扭轉(zhuǎn)電機的幅值；

根據(jù)擬合后的扭轉(zhuǎn)電機的偏置和擬合后的扭轉(zhuǎn)電機的幅值利用CPG計算扭轉(zhuǎn)電機的待切換轉(zhuǎn)動角度；

根據(jù)所計算的拍動電機的待切換轉(zhuǎn)動角度控制拍動電機運動，根據(jù)所計算的扭轉(zhuǎn)電機的待切換轉(zhuǎn)動角度控制扭轉(zhuǎn)電機運動。

優(yōu)選地，得到的擬合后的扭轉(zhuǎn)電機的正弦運動規(guī)律為：