基于在線功率檢測系統(tǒng)的魚群水動力性能研究.pdf

1、近年類，在開發(fā)新的水下自主航行器的背景下，魚類在流體介質(zhì)中的運動行為已收到廣泛的關(guān)注。這些研究通常簡化仿生推進的問題，研究孤立的震動表面在流體中的推進性能，并已取得顯著的進展。然而，魚類所用的推進面很少處于孤立的境況，通常群體運動。有幾個原因已經(jīng)找到，主要包括以下幾個方面：群體保護，節(jié)約能源和水動力優(yōu)勢，社會行為，以及覓食。在復(fù)雜的流場中，如何評價魚群的水動力性能是一個具有挑戰(zhàn)性的課題，值得進行研究。
　　本文設(shè)計了一種在線功率檢

2、測系統(tǒng)，實時采集仿生機器人在復(fù)雜的流場中的運動功率，使用運動功率來評價水動力性能。功率檢測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)5000Sa/s采樣速率，高速的檢測仿生機器人的實時功率消耗。功率檢測系統(tǒng)中還集成了錄像系統(tǒng)，實時監(jiān)控仿生機器人的位姿，使用最小二乘法的曲線擬合算法計算仿生機器人的速度。結(jié)合功率和速度，求解出仿生機器人在流體介質(zhì)中運動時的推力。引入效率計算方法，通過功率、速度、推力三者可以計算水下仿生機器人的運動效率。這四種性能指標(biāo)，都可以用來評價仿生

3、機器人在復(fù)雜流場中水動力性能。
　　本文以北京大學(xué)智能控制實驗的多關(guān)節(jié)仿鲹科機器人為實驗載體，結(jié)合在線功率檢測系統(tǒng)，研究魚群的水動力性能。實驗中，用兩條首尾并排的仿生機器人來模擬魚群，來研究魚群的水動力性能。本文為了減小由于仿生機器人硬件本身引起的系統(tǒng)誤差，引入了純功率的定義，可以更精確的反應(yīng)仿生機器人的性能。本文研究了魚群中各體之間由于擺動相位差不同，引起魚群水動力性能變化的趨勢。研究結(jié)果表明魚群中這種并排游動的行為下，同相位擺

4、動的時，群體純功率消耗最?。环聪蛳辔粩[動時，群體純功率消耗最大，群體速度也達到最大值；群體速度在擺動相位差為π/4和7π/4的時候最小。結(jié)合群體的純功率和速度，計算得出群體的推力性能隨著擺動相位差變化趨勢和群體的純功率消耗的趨勢類似。通過效率計算方法，推斷出魚群同相位擺動的時候效率是最高的。本文還研究了，魚群中并排的個體之間的橫向距離對群體純功率消耗的影響，并得出隨著橫向距離的增加，群體之間的相互影響減弱，群體的純功率消耗和擺動相位差的