面向多舵機(jī)串聯(lián)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器魚(yú)游動(dòng)行為研究

陳 奇, 姚志剛, 吳 寅, 田文鋒

(合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,安徽 合肥 230009)

0 引 言

按照推進(jìn)部位的不同,魚(yú)類(lèi)的游動(dòng)方式可分為身體/尾鰭 (body/caudal fin, BCF) 游動(dòng)模式、中間鰭/對(duì)鰭(median/paired fin,MPF) 推動(dòng)模式兩大類(lèi)[1]。根據(jù)文獻(xiàn)[2],85%的魚(yú)類(lèi)采用BCF游動(dòng)模式。BCF游動(dòng)模式由軀干伸縮波動(dòng)和尾鰭擺動(dòng)形成推力,具有游動(dòng)速度快、效率高、加速性能強(qiáng)的特點(diǎn),因此適合在游動(dòng)任務(wù)時(shí)間長(zhǎng)、游動(dòng)距離遠(yuǎn)、游動(dòng)速度或加速度要求高的場(chǎng)合。

近年來(lái),由于BCF游動(dòng)模式的機(jī)器魚(yú)具備推進(jìn)效率高且速度快的特點(diǎn),很多學(xué)者對(duì)BCF游動(dòng)模式進(jìn)行了研究,取得了一系列成果。在BCF游動(dòng)模式分類(lèi)上,文獻(xiàn)[1]最早將BCF分為鰻鱺模式、鲹科模式和箱鲀科模式；隨后,文獻(xiàn)[3]又分別在BCF游動(dòng)模式的分類(lèi)基礎(chǔ)上增加了亞鲹科模式和鮪科模式，并對(duì)游動(dòng)模式的波動(dòng)、擺動(dòng)屬性進(jìn)行了總結(jié)分析。在BCF魚(yú)類(lèi)的推進(jìn)方式上,文獻(xiàn)[4-5]根據(jù)小振幅位移理論,推導(dǎo)出適用于鲹科和鰻鱺魚(yú)類(lèi)的細(xì)長(zhǎng)體理論,并由此建立了鲹科魚(yú)類(lèi)推進(jìn)模式的數(shù)學(xué)模型;文獻(xiàn)[6-7]定義了由魚(yú)體波動(dòng)所產(chǎn)生的尾渦,并基于此提出了著名的“二維波動(dòng)板理論”;此后,文獻(xiàn)[8-9]設(shè)想魚(yú)類(lèi)身體波和外形參數(shù)會(huì)對(duì)魚(yú)體推進(jìn)性能產(chǎn)生影響,以擴(kuò)展和改進(jìn)二維波動(dòng)板理論,由此建立了“三維波動(dòng)板理論”;文獻(xiàn)[10]、文獻(xiàn)[11]分別基于二維、三維N-S方程(Navier-Stokes equations),利用計(jì)算流體力學(xué)(computational fluid dynamics, CFD)方法進(jìn)行了鰻鱺魚(yú)類(lèi)的推進(jìn)模式分析;文獻(xiàn)[12]從揭示魚(yú)類(lèi)外形仿生和運(yùn)動(dòng)仿生中蘊(yùn)含的仿生機(jī)理出發(fā),提出了一種機(jī)器魚(yú)自主游動(dòng)中的流體結(jié)構(gòu)耦合新方法,將流體變量和結(jié)構(gòu)變量同步進(jìn)行推進(jìn)。由于上述理論的復(fù)雜性及效率較低的因素,為實(shí)現(xiàn)機(jī)器魚(yú)快速高效的推力和效率估算,文獻(xiàn)[13]基于理想推進(jìn)器理論進(jìn)行了兩自由度尾鰭推進(jìn)機(jī)制研究,驗(yàn)證了基于理想推進(jìn)器理論的正確與有效性。

由以上分析可知,當(dāng)前機(jī)器魚(yú)在魚(yú)類(lèi)推進(jìn)理論上已有較多研究,并建立了相關(guān)影響機(jī)理模型,而細(xì)化到BCF推進(jìn)模式上,尤其是基于舵機(jī)驅(qū)動(dòng)的BCF游動(dòng)模式仿生機(jī)器魚(yú),有關(guān)其結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)機(jī)器魚(yú)游動(dòng)影響機(jī)理的研究還較少,且當(dāng)前在機(jī)器魚(yú)推進(jìn)模式的研究上,多數(shù)僅考慮尾鰭推力,而忽略了魚(yú)身波動(dòng)的影響。

本文擬對(duì)舵機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器魚(yú)開(kāi)展基于多舵機(jī)串聯(lián)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器魚(yú)游動(dòng)行為規(guī)律及其影響因素的研究。首先建立其運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真模型,然后對(duì)舵機(jī)設(shè)定不同驅(qū)動(dòng)參數(shù),利用虛擬樣機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)各種驅(qū)動(dòng)方案包絡(luò)線(xiàn)求解,依據(jù)理想推進(jìn)器理論,進(jìn)行機(jī)器魚(yú)尾鰭與魚(yú)身動(dòng)力特性的數(shù)值模擬,獲得各種驅(qū)動(dòng)方式機(jī)器魚(yú)動(dòng)力學(xué)結(jié)果,并對(duì)尾鰭動(dòng)力特性模型數(shù)值進(jìn)行修改,最終得出基于多舵機(jī)串聯(lián)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器魚(yú)魚(yú)體運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)魚(yú)體運(yùn)動(dòng)特性的影響關(guān)系。以此來(lái)揭示基于舵機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器魚(yú)游動(dòng)機(jī)理,為由舵機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器魚(yú)設(shè)計(jì)、制造及動(dòng)力學(xué)估算提供依據(jù)與指導(dǎo)。

1 多舵機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器魚(yú)模型建立

1.1 機(jī)器魚(yú)工作原理

魚(yú)體的推進(jìn)行波可簡(jiǎn)化為一個(gè)由魚(yú)頭向魚(yú)尾方向傳播且波動(dòng)幅度逐漸增加的正弦曲線(xiàn),因此魚(yú)體推進(jìn)行波可利用波幅包絡(luò)曲線(xiàn)與正弦曲線(xiàn)合成得出。

文獻(xiàn)[4]利用簡(jiǎn)單的二次樣條曲線(xiàn)來(lái)擬合身體波波幅包絡(luò)曲線(xiàn),其數(shù)學(xué)描述為:

(c1x+c2x2)sin(kx+ωt)

(1)

其中,c1、c2為魚(yú)體包絡(luò)線(xiàn)的一次和二次增益,其取值與魚(yú)體尺寸及其游動(dòng)模式相關(guān);x為沿魚(yú)體方向的位移量;A(x)=c1x+c2x2為波幅包絡(luò)線(xiàn);k=2π/λ=2πR/L,λ為魚(yú)體波波長(zhǎng),R為波數(shù),L為魚(yú)體長(zhǎng)度;角速度ω=2πf,f為魚(yú)體波頻率。

根據(jù)文獻(xiàn)[14],c1可取0.4,c2可取0.6,λ可取1.0,將運(yùn)動(dòng)周期T內(nèi)的時(shí)間t離散化,由給定的已知參數(shù)作出魚(yú)體波幅包絡(luò)線(xiàn)示意圖如圖1所示。

圖1 魚(yú)體波幅包絡(luò)線(xiàn)示意圖

1.2 機(jī)器魚(yú)驅(qū)動(dòng)方案設(shè)定及模型建立

為模擬魚(yú)類(lèi)游動(dòng)所形成的波幅包絡(luò)線(xiàn),結(jié)合數(shù)字舵機(jī)(digital servo)的高精度、大頻寬、響應(yīng)迅速、適應(yīng)范圍大等特點(diǎn),以多舵機(jī)串聯(lián)為驅(qū)動(dòng)方案,利用控制模塊、密封模塊、驅(qū)動(dòng)模塊及連接模塊等實(shí)現(xiàn)機(jī)器魚(yú)的游動(dòng)模擬。

基于多舵機(jī)串聯(lián)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器魚(yú)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.殼體 2.連接件 3.支撐環(huán)架 4.舵機(jī) 5.大固定連接塊6.小固定連接塊 7.舵盤(pán) 8.尾鰭 9.螺釘 10.胸鰭

2 多舵機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器魚(yú)動(dòng)力學(xué)仿真

2.1 機(jī)器魚(yú)行波運(yùn)動(dòng)仿真

針對(duì)多舵機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器魚(yú),以舵機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)量及是否與前一個(gè)舵機(jī)具有相位差為分類(lèi)依據(jù),去除無(wú)舵機(jī)驅(qū)動(dòng)這一特殊情況,共有15種舵機(jī)驅(qū)動(dòng)方案,見(jiàn)表1所列,其中以圖2中靠近魚(yú)頭的舵機(jī)作為舵機(jī)1,從魚(yú)頭沿魚(yú)尾方向依次為舵機(jī)2、舵機(jī)3及舵機(jī)4。

本文基于此15種舵機(jī)驅(qū)動(dòng)方案,利用ADAMS仿真模擬出機(jī)器魚(yú)運(yùn)動(dòng)圖譜如圖3所示。

表1 機(jī)器魚(yú)舵機(jī)驅(qū)動(dòng)方案

圖3 不同舵機(jī)驅(qū)動(dòng)方式機(jī)器魚(yú)運(yùn)動(dòng)圖譜

2.2 機(jī)器魚(yú)波幅包絡(luò)線(xiàn)形成

如圖3所示,在機(jī)器魚(yú)不同驅(qū)動(dòng)方式的游動(dòng)過(guò)程中,選取舵機(jī)1、舵機(jī)2、舵機(jī)3、舵機(jī)4這4個(gè)特殊位置的位移進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,得到舵機(jī)位移之間的關(guān)系,導(dǎo)出ADAMS數(shù)據(jù),作出機(jī)器魚(yú)游動(dòng)時(shí)波幅包絡(luò)線(xiàn),如圖4所示(鑒于篇幅所限,本文僅給出3種驅(qū)動(dòng)方式的波幅包絡(luò)線(xiàn))。

根據(jù)圖4中基于舵機(jī)的不同驅(qū)動(dòng)方式所形成的包絡(luò)線(xiàn),可知當(dāng)舵機(jī)數(shù)量增多且前、后舵機(jī)具有相位差時(shí),所形成的魚(yú)體包絡(luò)線(xiàn)更加符合機(jī)器魚(yú)S型游動(dòng)曲線(xiàn)。

本文將圖4c中的第15種驅(qū)動(dòng)方案所形成的包絡(luò)線(xiàn)利用Matlab工具中的樣條曲線(xiàn)擬合,即考慮魚(yú)身的彎曲程度影響,得到4個(gè)舵機(jī)之間具有相位差的擺動(dòng)所形成的包絡(luò)線(xiàn)，具體如圖5所示。

從圖5可以看出,本文設(shè)計(jì)的基于舵機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器魚(yú)在水下游動(dòng)時(shí),4個(gè)舵機(jī)利用均勻相位差同時(shí)協(xié)調(diào)工作,可達(dá)到 S型BCF推動(dòng)效果,整體魚(yú)身的游動(dòng)范圍在包絡(luò)線(xiàn)之內(nèi),符合文獻(xiàn)[3]利用簡(jiǎn)單二次樣條曲線(xiàn)來(lái)擬合身體波波幅的包絡(luò)曲線(xiàn)。

圖4 3種驅(qū)動(dòng)方式的波幅包絡(luò)線(xiàn)

圖5 擬合后的機(jī)器魚(yú)游動(dòng)包絡(luò)線(xiàn)

3 機(jī)器魚(yú)游動(dòng)行為研究

3.1 機(jī)器魚(yú)理想推進(jìn)器理論模型建立

根據(jù)流體力學(xué)理論,機(jī)器魚(yú)體在流體介質(zhì)中游動(dòng)時(shí)所受的阻力FD為:

(2)

其中,FD為機(jī)器魚(yú)體所受阻力;CD為在流體介質(zhì)的阻力系數(shù),其值大小取決于雷諾系數(shù)Re與流體的性質(zhì);ρf為流體密度;u為魚(yú)體前進(jìn)速度;S為魚(yú)體在流體中的接觸面積。

根據(jù)文獻(xiàn)[13-15],理想推進(jìn)器理論模型依據(jù)誘導(dǎo)速度(與推力方向相反)是由推進(jìn)器撥水產(chǎn)生推力從而使得流體受到推進(jìn)器作用而獲得的,因此可以應(yīng)用流體力學(xué)中的動(dòng)量定理來(lái)研究因推進(jìn)器作用而具有的水動(dòng)力性能,對(duì)于機(jī)器魚(yú)驅(qū)動(dòng)模型,已有文獻(xiàn)大多僅考慮尾鰭作為機(jī)器魚(yú)體產(chǎn)生前向動(dòng)力的唯一推進(jìn)器,本文設(shè)定機(jī)器魚(yú)推進(jìn)器為擺動(dòng)的尾鰭(擺動(dòng)的尾鰭固聯(lián)舵機(jī))及部分魚(yú)身(含有舵機(jī)模塊)。根據(jù)動(dòng)量定理,Δt時(shí)間內(nèi)作用在流體上的力等于Δt時(shí)間內(nèi)流體動(dòng)量的增量,即

FiΔt=mfivai

(3)

其中,Fi為第i(i=1,…,4)個(gè)推進(jìn)器(尾鰭及部分魚(yú)身)產(chǎn)生的推力;Δt為推進(jìn)器推進(jìn)的時(shí)間;mfi為第i個(gè)推進(jìn)器掃過(guò)的流體質(zhì)量;vai為第i個(gè)推進(jìn)器的橫向拍動(dòng)速度。

(3)式中推進(jìn)器的橫向拍動(dòng)速度vai取值與推進(jìn)器的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相關(guān),假設(shè)第i個(gè)推進(jìn)器的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為:

(4)

其中,li為第i(i=1,…,4)個(gè)推進(jìn)器左右拍動(dòng)的位移;Ai為第i個(gè)推進(jìn)器的振幅;ω為推進(jìn)器繞軸擺動(dòng)時(shí)的角速度(在此設(shè)定4個(gè)推進(jìn)器角速度相同);ξi為第i個(gè)推進(jìn)器與流體流動(dòng)方向的擺角;Ψi為第i個(gè)推進(jìn)器的擺角幅度;φi為第i個(gè)推進(jìn)器與第1個(gè)推進(jìn)器的擺動(dòng)角度差。

(4)式中,推進(jìn)器繞軸擺動(dòng)時(shí)的角速度ω為繞軸擺動(dòng)頻率f(設(shè)定4個(gè)推進(jìn)器角速度相同,因此擺動(dòng)頻率相同)的函數(shù)。則第i個(gè)推進(jìn)器的橫向拍動(dòng)速度vai為:

vai=ii=2πfAicos(2πft)

(5)

第i個(gè)推進(jìn)器掃過(guò)的流體質(zhì)量mfi為：

mfi=ρfVi

(6)

其中,mfi也為掃水質(zhì)量;ρf為流體密度;Vi為第i個(gè)推進(jìn)器擺動(dòng)過(guò)程中掃水的體積,且有：

Vi=Sicosξi(vai-vtanξi)Δt

(7)

其中,Si為第i個(gè)推進(jìn)器的單側(cè)面積;v為流體流動(dòng)速度。

基于理想推進(jìn)器理論的機(jī)器魚(yú)推進(jìn)力學(xué)模型如圖6所示。

圖6 基于理想推進(jìn)器的機(jī)器魚(yú)運(yùn)動(dòng)力學(xué)模型

根據(jù)機(jī)器魚(yú)體運(yùn)動(dòng)力學(xué)模型有：

(8)

[2πfAicos(2πft)-vtan(Ψisin(2πft-φi))]×

(9)

為實(shí)現(xiàn)機(jī)器魚(yú)游動(dòng)模型方程的求解,引入機(jī)器魚(yú)魚(yú)體及流體介質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù),見(jiàn)表2所列。

表2 機(jī)器魚(yú)魚(yú)體及流體介質(zhì)參數(shù)

3.2 機(jī)器魚(yú)游速影響因素分析

3.2.1 機(jī)器魚(yú)游速與驅(qū)動(dòng)方式的關(guān)系

利用Matlab/Simulink建模,求解(9)式中的常微分方程,得到對(duì)應(yīng)圖3的15組不同舵機(jī)驅(qū)動(dòng)方式機(jī)器魚(yú)縱向游動(dòng)速度,機(jī)器魚(yú)體游動(dòng)過(guò)程中的速度瞬態(tài)歷程變化曲線(xiàn)如圖7所示。

圖7 第1組～第15組游動(dòng)方式的速度曲線(xiàn)

將15組驅(qū)動(dòng)方案以舵機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)量為分類(lèi)依據(jù)可分為如下4類(lèi)：① 僅1組舵機(jī)驅(qū)動(dòng)的為第1組；② 含2組驅(qū)動(dòng)舵機(jī)的為第2組、第3組；③ 具有3組驅(qū)動(dòng)舵機(jī)的為第4組～第7組；④ 具有4組驅(qū)動(dòng)舵機(jī)的為第8組～第15組。圖7中,有多組驅(qū)動(dòng)方式的游動(dòng)速度曲線(xiàn)相互重合。4類(lèi)驅(qū)動(dòng)方式中各組內(nèi)每組舵機(jī)數(shù)量一致,差別在于舵機(jī)相位差不同,推測(cè)曲線(xiàn)重合的原因是舵機(jī)相位差對(duì)機(jī)器魚(yú)游速的影響較小。

3.2.2 機(jī)器魚(yú)游速與舵機(jī)相位差的關(guān)系

為此,以第2組～第3組、第4組～第7組,第8組～第15組為對(duì)象,分別繪制出這3種驅(qū)動(dòng)方案的機(jī)器魚(yú)游動(dòng)速度曲線(xiàn)，如圖8所示。

圖8 多組驅(qū)動(dòng)舵機(jī)游速曲線(xiàn)

由圖8可知,當(dāng)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)數(shù)量確定后,在相同擺幅和頻率下,舵機(jī)之間的相位差對(duì)于機(jī)器魚(yú)游動(dòng)速度影響較小,而驅(qū)動(dòng)舵機(jī)數(shù)量對(duì)魚(yú)速游動(dòng)起決定性影響,這是由于增加驅(qū)動(dòng)舵機(jī)數(shù)量會(huì)使魚(yú)身觸水面積增大,擺動(dòng)中魚(yú)身縱向運(yùn)動(dòng)的流體推進(jìn)力增加,導(dǎo)致機(jī)器魚(yú)游速提高。

3.2.3 機(jī)器魚(yú)游速與振幅頻率的關(guān)系

得出魚(yú)速與舵機(jī)數(shù)量及其擺動(dòng)相位差的關(guān)系后,為進(jìn)一步研究基于舵機(jī)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)機(jī)器魚(yú)游動(dòng)行為的影響,選擇第15組舵機(jī)驅(qū)動(dòng)方案。改變舵機(jī)繞軸擺動(dòng)頻率f和振幅Ai,取擺動(dòng)頻率為1.0～2.0 Hz,振幅分別為0.10、0.15、0.20 m,以擺動(dòng)頻率為橫坐標(biāo)、穩(wěn)態(tài)游速為縱坐標(biāo),得到機(jī)器魚(yú)游速與擺動(dòng)頻率、振幅的關(guān)系，如圖9所示。圖9中,i=1,2,3,4。

圖9 機(jī)器魚(yú)游速與振幅、頻率的關(guān)系

由圖9可知,在舵機(jī)擺動(dòng)振幅一定時(shí),機(jī)器魚(yú)的穩(wěn)態(tài)游速與舵機(jī)頻率成正比關(guān)系；而當(dāng)頻率恒定時(shí),機(jī)器魚(yú)穩(wěn)態(tài)游速隨著振幅的增加而增加。

圖7～圖9表明,基于舵機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器魚(yú),其游速主要取決于舵機(jī)數(shù)量、舵機(jī)擺動(dòng)振幅和舵機(jī)擺動(dòng)頻率,而舵機(jī)之間運(yùn)動(dòng)相位差對(duì)游速影響較小,可忽略不計(jì),舵機(jī)之間的驅(qū)動(dòng)相位差主要影響機(jī)器魚(yú)包絡(luò)線(xiàn)是否接近真實(shí)魚(yú)類(lèi)包絡(luò)線(xiàn)。

3.3 各類(lèi)機(jī)器魚(yú)游速模擬驗(yàn)證

結(jié)合圖7、圖8,依據(jù)已有的研究結(jié)果，將魚(yú)類(lèi)劃分為箱鲀科、鮪科、鲹根、鰻鱺科4種運(yùn)動(dòng)模式。根據(jù)從箱鲀科到鰻鱺科魚(yú)類(lèi)游速逐漸增大再減小的結(jié)論[2],為驗(yàn)證基于多舵機(jī)串聯(lián)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器魚(yú)運(yùn)用理想推進(jìn)器推進(jìn)理論的正確性,參照前文所述舵機(jī)驅(qū)動(dòng)的15種方案,將第1組驅(qū)動(dòng)方式模擬為箱鲀科運(yùn)動(dòng)模式、第2組～第3組模擬為鮪科運(yùn)動(dòng)模式、第4組～第7組模擬為鲹科運(yùn)動(dòng)模式、第8組～第15組模擬為鰻鱺科運(yùn)動(dòng)模式。同時(shí)結(jié)合自然界中鰻鱺科魚(yú)類(lèi)魚(yú)體身體觸水面積較小的特點(diǎn),將4個(gè)舵機(jī)的單側(cè)接觸面積設(shè)置為第8組～第15組中所設(shè)面積的1/2,得到的魚(yú)速模擬結(jié)果如圖10所示。

圖10 4類(lèi)推進(jìn)模式機(jī)器魚(yú)游速模擬

由圖10可知,4類(lèi)推進(jìn)模式的機(jī)器魚(yú)游速模擬結(jié)果符合自然界中箱鲀科、鮪科、鲹科、鰻鱺科魚(yú)類(lèi)的游速規(guī)律,從而說(shuō)明利用舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模式,控制驅(qū)動(dòng)舵機(jī)數(shù)量,可實(shí)現(xiàn)多種魚(yú)類(lèi)對(duì)游速的模擬。

4 結(jié) 論

(1) 本文利用多舵機(jī)驅(qū)動(dòng)方案,建立了機(jī)器魚(yú)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)模型,運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)進(jìn)行了機(jī)器魚(yú)動(dòng)力學(xué)仿真；通過(guò)多種驅(qū)動(dòng)方式波幅包絡(luò)線(xiàn)圖譜發(fā)現(xiàn)，基于多舵機(jī)且相互之間具有相位差的驅(qū)動(dòng)方式會(huì)使機(jī)器魚(yú)包絡(luò)線(xiàn)更加符合真實(shí)魚(yú)類(lèi)身體推進(jìn)波波幅包絡(luò)線(xiàn)。結(jié)合Matlab/Simulink建模工具求解出的多種驅(qū)動(dòng)模式機(jī)器魚(yú)游速結(jié)果表明,相對(duì)于舵機(jī)數(shù)量對(duì)機(jī)器魚(yú)游速的較大影響程度,舵機(jī)之間的擺動(dòng)相位差對(duì)機(jī)器魚(yú)游速影響極小,影響程度可忽略不計(jì)。

(2) 通過(guò)分析機(jī)器魚(yú)不同驅(qū)動(dòng)方式所得的游速發(fā)現(xiàn)，增加舵機(jī)數(shù)量可使機(jī)器魚(yú)的游動(dòng)速度加快,推測(cè)其主要原因是增加的舵機(jī)數(shù)量擴(kuò)充了魚(yú)體觸水面積,且機(jī)器魚(yú)游動(dòng)時(shí)魚(yú)身擺動(dòng)會(huì)產(chǎn)生推力影響機(jī)器魚(yú)自主游動(dòng)速度。

(3) 依據(jù)理想推進(jìn)器理論,本文建立了魚(yú)類(lèi)動(dòng)力學(xué)模型,通過(guò)Matlab/Simulink仿真,將所得結(jié)果與自然界中4種推進(jìn)模式魚(yú)類(lèi)對(duì)比,結(jié)果表明理想推進(jìn)器理論可進(jìn)行對(duì)基于舵機(jī)驅(qū)動(dòng)的箱鲀科、鮪科、鲹根、鰻鱺科魚(yú)類(lèi)游速的模擬仿真。