实现预定游速的仿鱼机器人最佳效率运动规划

摘要

对仿鱼机器人推进而言,实现一个预定的游动速度可能存在多种运动方式,其中效率最高的运动方式只有一种。对实现预定游速的仿鱼机器人获得最佳效率进行运动规划研究。运用数值模拟方法,获得仿鱼机器人的稳态游动速度,揭示其稳态速度、功率消耗和推进效率与不同运动方式之间的内在规律;进一步以获得最佳效率为目标函数,以实现预定游速为约束条件,以摆动频率f和尾部最大摆幅Amax定义的运动空间为设计变量,对仿鱼机器人进行运动规划研究。结果表明,低f和高Amax的运动方式可以在实现预定游速的同时,获得最佳的推进效率。以实现预定游速2m·s–1为例,低f和高Amax的运动方式其推进效率较高f和低Amax提高了37.7%,二者的三维流场结构清晰地反映了这一规律。研究结果对于获得仿鱼机器人实现预定游速的高效运动规律,揭示稳态游动机理,设计仿鱼机器人的推进动作具有重要意义。