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小

机器人杂志

1687 - 9619 1687 - 9600

Hindawi出版公司

687985年 10.1155 / 2014/687985 687985年

研究文章

设计、制造、和游泳漂流Tuna-Mimetic机器人的性能

Masoomi ·赛义德·Farideddin ¹ Haunholter 阿克塞尔 ² 梅尔兹多米尼克 ³ Gutschmidt 斯蒂芬妮 ¹ 陈小琪 ¹ 塞利纳马修 ¹ 李 Yangmin

^{1

坎特伯雷大学机械工程系,4800年私人包,克赖斯特彻奇8041

新西兰

canterbury.ac.nz} ^{2

应用物理学系,80335年慕尼黑应用科学大学,慕尼黑

德国

hm.edu} ^{3

机械和过程工程系,64287年达姆施塔特工业大学、达姆施塔特

德国

tu-darmstadt.de}

2014年

26 5 2014年

2014年 14 10 2013年 01 02 2014年 26 5 2014年

这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

巡航效率高是一个决定性因素在发展中tuna-mimetic机器人。到目前为止,许多tuna-like机器人。然而,坎特伯雷大学的发展自己的tuna-like机器人叫UC-Ika 1调查和相应提高游泳游泳仿生机器人的性能。为了这样做,金枪鱼的推进系统的推力和阻力进行了研究。之后,考虑到金枪鱼鱼机器人设计和制造推进系统。然后机器人测试几次调查其游泳表现。UC-Ika 1的速度和效率的比较与其他tuna-like机器人展示了一个有前途的提高巡航UC-Ika 1的性能。 1。介绍</gydF4y2Batitle> <p>大多数水下监视等任务的海底电缆、管道或污染搜索需求机器人导航功能在很长一段时间<xgydF4y2Baref ref-type="bibr" rid="B1"> 1</xgydF4y2Baref>]。为此,仿生机器人是最适合游泳的由于其快速、非常高效和高机动性能(<xgydF4y2Baref ref-type="bibr" rid="B2"> 2</xgydF4y2Baref>]。</gydF4y2Bap> <p>第一个机器人,仿生游泳RoboTuna,建于1994年在麻省理工学院(<xgydF4y2Baref ref-type="bibr" rid="B3"> 3</xgydF4y2Baref>]。1997年,涡度控制无人潜水器(VCUUV)是基于RoboTuna的一些改进和开发更多的功能,如避免障碍,上下运动(<xgydF4y2Baref ref-type="bibr" rid="B4"> 4</xgydF4y2Baref>]。从那时起,许多鱼机器人开发更多的功能(<xgydF4y2Baref ref-type="bibr" rid="B5"> 5</xgydF4y2Baref>- - - - - -<xgydF4y2Baref ref-type="bibr" rid="B8"> 8</xgydF4y2Baref>]。更详细的机器鱼的艺术提出了(<xgydF4y2Baref ref-type="bibr" rid="B9"> 9</xgydF4y2Baref>]。</gydF4y2Bap> <p>在现有鱼机器人,机器人像RoboTuna和VCUUV灵感来自金枪鱼远洋鱼的运动是高效(<xgydF4y2Baref ref-type="bibr" rid="B10"> 10</xgydF4y2Baref>)(记住Bandyopadhyay [<xgydF4y2Baref ref-type="bibr" rid="B11"> 11</xgydF4y2Baref>)认为仿生游动机器人的效率是不高于螺旋桨机器人,但动物在游泳方面表现出优越的机动性)。然而,tuna-mimetic机器人的运动效率不是彻底调查。因此,作者开发了一个鱼机器人,是受金枪鱼以研究其巡航效率。本文简短发展tuna-mimetic机器人的步骤包括设计、建模、和制造也详细论述了游泳机器人的性能。</gydF4y2Bap> <p>本文组织如下。下一节着重于鱼机器人的设计标准。节<xgydF4y2Baref ref-type="sec" rid="sec3"> 3</xgydF4y2Baref>介绍了机器人的设计。节<xgydF4y2Baref ref-type="sec" rid="sec4"> 4</xgydF4y2Baref>制造过程关注的中心,包括材料的鱼是如何制作的。部分<xgydF4y2Baref ref-type="sec" rid="sec5"> 5</xgydF4y2Baref>分析了游泳机器人的性能。最后,本文得出结论。</gydF4y2Bap> </sec> <sec id="sec2"> <title>2。金枪鱼的物理标准设计</gydF4y2Batitle> <p>鱼机器人的动态行为是受两个主要力量:部队流体静力学和流体动力学。深度控制水压力量更重要而水动力的用于游泳。然而,与最低能量耗散,促进游泳模型水动力部队需要生产几个因素。介绍了这些因素最佳游泳因素。</gydF4y2Bap> <sec id="sec2.1"> <title>2.1。水压力量</gydF4y2Batitle> <p>流体静力重量和浮力等鱼类的稳定性起着至关重要的作用。重量,<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M1"> <mml:mrow> <mml:mi> W</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>,被定义为质量乘以重力常数,<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M2"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> 米</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> f</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mi> g</gydF4y2Bamml:mi> </mml:math> </inline-formula>。另一方面,浮力,<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M3"> <mml:mrow> <mml:mi> B</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>,是由阿基米德定律的推覆体水乘以重力常数,<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M4"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> ρ</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> w</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> V</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> f</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mi> g</gydF4y2Bamml:mi> </mml:math> </inline-formula>,在那里<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M5"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> V</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> f</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>鱼的体积和吗<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M6"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> ρ</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> w</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>是水的密度。为了保持在水下机器人稳定的位置,<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M7"> <mml:mrow> <mml:mi> W</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>和<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M8"> <mml:mrow> <mml:mi> B</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>需要平等。此外,质量中心和浮力时必须垂直对齐的浮力的中心应该超过重量。这保证了机器人的姿态稳定。</gydF4y2Bap> </sec> <sec id="sec2.2"> <title>2.2。水动力的力量</gydF4y2Batitle> <p>水动力的力量,比如电阻和推力部队不同鱼鱼。tuna-like机器人,主要阻力与压差阻力,而升力的主要推力与[<xgydF4y2Baref ref-type="bibr" rid="B12"> 12</xgydF4y2Baref>]。因此,压差阻力和升力部队需要减少和增加,分别,为了有一个有效的游泳。</gydF4y2Bap> <p>压差阻力是沿着身体压力梯度的结果。为了减少这个阻力,动物的形状是一个决定性因素。最好的游泳动物的整体形状是流线型的身体最厚的部分的直径,<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M9"> <mml:mrow> <mml:mi> d</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>鱼的长度,<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M10"> <mml:mrow> <mml:mi> l</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>。流线型的身体<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M11"> <mml:mi> d</gydF4y2Bamml:mi> <mml:mo> /</gydF4y2Bamml:mo> <mml:mi> l</gydF4y2Bamml:mi> </mml:math> </inline-formula>在0.18和0.28之间产生不到10%的最低可能的阻力(<xgydF4y2Baref ref-type="bibr" rid="B13"> 13</xgydF4y2Baref>]。</gydF4y2Bap> <p>在运动期间,金枪鱼鱼产生升力的力量通过脱落旋涡在尾尖,大漩涡提供更大的推力。扩大这些漩涡,有几个因素造成。最初,需要lunate-shaped尾鳍高纵横比(如图<xgydF4y2Baref ref-type="fig" rid="fig1"> 1</xgydF4y2Baref>)。此外,身体和尾鳍应该有波动。金枪鱼鱼产生行波通过他们的尾巴花梗速度比游泳更大的速度。这种类型的运动被称为波动(<xgydF4y2Baref ref-type="bibr" rid="B10"> 10</xgydF4y2Baref>]。波动的需要改变其尾鳍运动方向一旦达到最大的起伏。这也有助于鱼创建更大的漩涡。</gydF4y2Bap> <fig id="fig1"> <label>图1</lgydF4y2Baabel> <p>尾鳍形状(<xgydF4y2Baref ref-type="bibr" rid="B13"> 13</xgydF4y2Baref>]。</gydF4y2Bap> <graphic xlink:href="//www.newsama.com/downloads/journals/jr/2014/687985.fig.001"></graphic> </fig> <p>注意周围的流体在波动鱼是横向推拉。这些加速度和过程的液体导致升级出现的能量耗散和减少游泳效率。由于金枪鱼是一种有效的游泳运动员及其波动在尾巴花梗发起,联合尾鳍和尾巴花梗尽可能缩小以减少这种能量耗散。换句话说,小尾巴花梗帮助金枪鱼表面横向移动小体积的水。这节省了能源在巡航金枪鱼。</gydF4y2Bap> </sec> <sec id="sec2.3"> <title>2.3。最佳游泳因素</gydF4y2Batitle> <p>而优化设计对于身体和尾鳍的形状可以提高鱼的游泳表现机器人,存在其他决定性因素设计一个高效的游泳机器人。本文考虑两个主要标准:斯特鲁哈尔数和弗劳德效率。</gydF4y2Bap> <p>斯特劳哈尔数是一个因素,显示漩涡的结构通过鱼类的身体波动。斯特鲁哈尔数,<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M12"> <mml:mrow> <mml:mtext> 圣</gydF4y2Bamml:mtext> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>,是一个无量纲参数。它代表了惯性力和不稳定的比率被定义为<dgydF4y2Baisp-formula> <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M13"> <mml:mtable> <mml:mlabeledtr id="EEq1"> <mml:mtd> <mml:mtext> (1)</gydF4y2Bamml:mtext> </mml:mtd> <mml:mtd> <mml:mtext> 圣</gydF4y2Bamml:mtext> <mml:mo> =</gydF4y2Bamml:mo> <mml:mn mathvariant="normal"> 2</gydF4y2Bamml:mn> <mml:mfrac> <mml:mrow> <mml:mi> f</gydF4y2Bamml:mi> <mml:mi> h</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mover accent="false"> <mml:mrow> <mml:mover accent="true"> <mml:mrow> <mml:mi> x</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mo> ˙</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> <mml:mo> ¯</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> </mml:mfrac> <mml:mo> ,</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mtd> </mml:mlabeledtr> </mml:mtable> </mml:math> </disp-formula>在哪里<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M14"> <mml:mrow> <mml:mi> f</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>是身体的频率波动,<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M15"> <mml:mrow> <mml:mi> h</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>是起伏的尾鳍,<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M16"> <mml:mover accent="false"> <mml:mrow> <mml:mover accent="true"> <mml:mrow> <mml:mi> x</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mo> ˙</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> <mml:mo> ¯</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:math> </inline-formula>是鱼的平均巡航速度。如果<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M17"> <mml:mn mathvariant="normal"> 0.25</gydF4y2Bamml:mn> <mml:mo> <</gydF4y2Bamml:mo> <mml:mtext> 圣</gydF4y2Bamml:mtext> <mml:mo> <</gydF4y2Bamml:mo> <mml:mn mathvariant="normal"> 0.4</gydF4y2Bamml:mn> </mml:math> </inline-formula>背后的漩涡,尾鳍产生最大推力。注意,斯特劳哈尔数是适用于鱼类的游泳是通过他们的身体和尾鳍[<xgydF4y2Baref ref-type="bibr" rid="B14"> 14</xgydF4y2Baref>]。</gydF4y2Bap> <p>弗劳德效率是另一个重要的因素对鱼类的游泳行为进行评估。这个因素相关有用的电力用于推进总动能的鱼的平均速率传输动力后在鱼。弗劳德效率被定义为<dgydF4y2Baisp-formula> <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M18"> <mml:mtable> <mml:mlabeledtr id="EEq2"> <mml:mtd> <mml:mtext> (2)</gydF4y2Bamml:mtext> </mml:mtd> <mml:mtd> <mml:mi> η</gydF4y2Bamml:mi> <mml:mo> =</gydF4y2Bamml:mo> <mml:mfrac> <mml:mrow> <mml:mover accent="false"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> F</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> C</gydF4y2Bamml:mi> <mml:mi> x</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> </mml:mo> </mml:mrow> <mml:mo> ¯</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> <mml:mover accent="false"> <mml:mrow> <mml:mover accent="true"> <mml:mrow> <mml:mi> x</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mo> ˙</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> <mml:mo> ¯</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> P</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mtext> 总</gydF4y2Bamml:mtext> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mfrac> <mml:mo> ,</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mtd> </mml:mlabeledtr> </mml:mtable> </mml:math> </disp-formula>在哪里<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M19"> <mml:mrow> <mml:mover accent="false"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> F</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> C</gydF4y2Bamml:mi> <mml:mi> x</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:mo> ¯</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>是推力,<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M20"> <mml:mover accent="false"> <mml:mrow> <mml:mover accent="true"> <mml:mrow> <mml:mi> x</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mo> ˙</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> <mml:mo> ¯</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:math> </inline-formula>是鱼的平均速度。<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M21"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> P</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mtext> 总</gydF4y2Bamml:mtext> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>是鱼的总动能<xgydF4y2Baref ref-type="bibr" rid="B15"> 15</xgydF4y2Baref>]。在这篇文章中,<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M22"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> P</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mtext> 总</gydF4y2Bamml:mtext> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>是通过以下表达式:<dgydF4y2Baisp-formula> <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M23"> <mml:mtable> <mml:mlabeledtr id="EEq3"> <mml:mtd> <mml:mtext> (3)</gydF4y2Bamml:mtext> </mml:mtd> <mml:mtd> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> P</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mtext> 总</gydF4y2Bamml:mtext> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> =</gydF4y2Bamml:mo> <mml:mover accent="false"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> F</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> C</gydF4y2Bamml:mi> <mml:mi> x</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> </mml:mo> </mml:mrow> <mml:mo> ¯</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> <mml:mover accent="false"> <mml:mrow> <mml:mover accent="true"> <mml:mrow> <mml:mi> x</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mo> ˙</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> <mml:mo> ¯</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> <mml:mo> +</gydF4y2Bamml:mo> <mml:mover accent="false"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> F</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> C</gydF4y2Bamml:mi> <mml:mi> y</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:mo> ¯</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> <mml:mover accent="false"> <mml:mrow> <mml:mover accent="true"> <mml:mrow> <mml:mo> </mml:mo> <mml:mi> y</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mo> ˙</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> <mml:mo> ¯</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> <mml:mo> ,</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mtd> </mml:mlabeledtr> </mml:mtable> </mml:math> </disp-formula>在哪里<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M24"> <mml:mrow> <mml:mover accent="false"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> F</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> C</gydF4y2Bamml:mi> <mml:mi> y</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:mo> ¯</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>力产生漩涡后,<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M25"> <mml:mover accent="false"> <mml:mrow> <mml:mover accent="true"> <mml:mrow> <mml:mi> y</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mo> ˙</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> <mml:mo> ¯</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:math> </inline-formula>是指横向速度。尾鳍派生的吗<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M26"> <mml:mrow> <mml:mover accent="false"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> F</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> C</gydF4y2Bamml:mi> <mml:mi> x</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:mo> ¯</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>和<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M27"> <mml:mrow> <mml:mover accent="false"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> F</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> C</gydF4y2Bamml:mi> <mml:mi> y</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:mo> ¯</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>提出了在<xgydF4y2Baref ref-type="bibr" rid="B16"> 16</xgydF4y2Baref>]。一条鱼可以高达90%高效而螺旋桨鱼机器人最多50%的效率(<xgydF4y2Baref ref-type="bibr" rid="B17"> 17</xgydF4y2Baref>]。</gydF4y2Bap> </sec> </sec> <sec id="sec3"> <title>3所示。原型设计</gydF4y2Batitle> <p>图<xgydF4y2Baref ref-type="fig" rid="fig2"> 2</xgydF4y2Baref>说明了tuna-like机器人设计的坎特伯雷大学。UC-Ika 1,它的名字源于毛利人词Ika鱼。</gydF4y2Bap> <fig id="fig2"> <label>图2</lgydF4y2Baabel> <p>UC-Ika 1的计算机辅助设计。</gydF4y2Bap> <graphic xlink:href="//www.newsama.com/downloads/journals/jr/2014/687985.fig.002"></graphic> </fig> <p>机器人由两个主要部分组成:主要的身体和尾巴。主体设计为刚性部分和包含所有固定组件,比如电池、微控制器和直流电机。身体和胸鳍是固定的,在这个原型,是刚性的。尾部包括一个灵活的尾巴花梗和刚性。尾鳍尾部花梗内,波动驱动机制。机制与尾连接直流电机;参见图<xgydF4y2Baref ref-type="fig" rid="fig2"> 2</xgydF4y2Baref>。</gydF4y2Bap> <p>UC-Ika 1的设计允许调查所有提到的物理标准为一个稳定、高效的巡航是必要的运动的机器人。UC-Ika 1是浮力的近似重量4公斤而浮心高于质量(图<xgydF4y2Baref ref-type="fig" rid="fig3"> 3</xgydF4y2Baref>)。</gydF4y2Bap> <fig id="fig3"> <label>图3</lgydF4y2Baabel> <p>的整体体型UC-Ika 1。</gydF4y2Bap> <graphic xlink:href="//www.newsama.com/downloads/journals/jr/2014/687985.fig.003"></graphic> </fig> <p>图<xgydF4y2Baref ref-type="fig" rid="fig3"> 3</xgydF4y2Baref>还表明,UC-Ika 1是流线型的整体形状<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M28"> <mml:mrow> <mml:mi> d</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>和<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M29"> <mml:mrow> <mml:mi> l</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>分别为147毫米和610毫米。因此,机器人的体型<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M30"> <mml:mi> d</gydF4y2Bamml:mi> <mml:mo> /</gydF4y2Bamml:mo> <mml:mi> l</gydF4y2Bamml:mi> </mml:math> </inline-formula>等于0.24为流线型的身体,在最佳范围内0.18 - -0.28。</gydF4y2Bap> <p>此外,为了有效的巡航,尾巴花梗皮肤设计灵活。在连接到尾鳍尾部花梗狭窄的外围的64毫米。被设计成lunate-shaped尾鳍的长宽比,<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M31"> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi> 年代</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn mathvariant="normal"> 2</gydF4y2Bamml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mo> /</gydF4y2Bamml:mo> <mml:mi> 一个</gydF4y2Bamml:mi> </mml:math> </inline-formula>6.4,<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M32"> <mml:mrow> <mml:mi> 年代</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>170毫米,<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M33"> <mml:mrow> <mml:mi> 一个</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>等于4500毫米<gydF4y2Basup>2</gydF4y2Basup>。</gydF4y2Bap> <p>尾巴的波动是由运动学机制见图<xgydF4y2Baref ref-type="fig" rid="fig4"> 4</xgydF4y2Baref>。这种机制的特点。首先,机制是由一个直流电机驱动。这使得电机的装配在主体靠近质心为了减少尾花梗的重量。当尾巴花梗光,机器人摆动控制是由于小的质量惯性矩。</gydF4y2Bap> <fig id="fig4"> <label>图4</lgydF4y2Baabel> <p>连杆机构的尾巴花梗。</gydF4y2Bap> <graphic xlink:href="//www.newsama.com/downloads/journals/jr/2014/687985.fig.004"></graphic> </fig> <p>第二个特色是被动控制第三链接。换句话说,<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M34"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> θ</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn mathvariant="normal"> 3</gydF4y2Bamml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>在图<xgydF4y2Baref ref-type="fig" rid="fig4"> 4</xgydF4y2Baref>依赖于其他的运动系统的联系决定了吗<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M35"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> θ</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn mathvariant="normal"> 1</gydF4y2Bamml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>。因此,少自由度需要控制。</gydF4y2Bap> <p>第三个重要特征的机制是由于模仿真正的金枪鱼巡航的适用性。现有tuna-mimetic机器人carangiforms模式如鲭鱼游泳。Carangiforms波动从身体的最后三分之一的lift-based推进系统thunniforms像金枪鱼仅限于最后他们身体的一部分(尾鳍附近<xgydF4y2Baref ref-type="bibr" rid="B10"> 10</xgydF4y2Baref>]。因此尾巴花梗的尾巴机制避免过度运动刚体附近及其相关的能量耗散。</gydF4y2Bap> <p>考虑到运动学的尾部设计,人物<xgydF4y2Baref ref-type="fig" rid="fig4"> 4</xgydF4y2Baref>,<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M36"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> θ</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn mathvariant="normal"> 1</gydF4y2Bamml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>7度引起的振幅17毫米点c。另一方面,14度的电动机振荡<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M37"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> θ</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn mathvariant="normal"> 3</gydF4y2Bamml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>收益率56毫米的绞点F .短叹F C点,一个点,而尾巴机制不优化,tuna-like波动相当满意的结果。</gydF4y2Bap> </sec> <sec id="sec4"> <title>4所示。制造和装配</gydF4y2Batitle> <p>为制造复杂形状的刚性主体,称为熔融沉积快速成型方法建模(FDM),这是一个3 d打印技术直接利用CAD模型。然后设计组装一层一层地使用两个不同的融化的材料作为基础和支撑材料。基材,Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat (ABS),实际上是实际的材料制造的。3 d打印后,支架材料是解决,从部分在70°C热碱性浴(图<xgydF4y2Baref ref-type="fig" rid="fig5"> 5</xgydF4y2Baref>)[<xgydF4y2Baref ref-type="bibr" rid="B18"> 18</xgydF4y2Baref>]。为了使主体防水、涂上环氧树脂是避免水穿过,随着时间的推移身体略有多孔。</gydF4y2Bap> <fig id="fig5"> <label>图5</lgydF4y2Baabel> <p>溶解物质的支持。</gydF4y2Bap> <graphic xlink:href="//www.newsama.com/downloads/journals/jr/2014/687985.fig.005"></graphic> </fig> <p>灵活的尾巴花梗是由聚二甲基硅氧烷(PDMS)硅胶Sylgard 184耐用,抗拉,抗水和大多数溶剂(<xgydF4y2Baref ref-type="bibr" rid="B19"> 19</xgydF4y2Baref>]。硅胶是由两部分组成。这两个组件需要结合和注入模具。模具的尾巴花梗也是用3 d打印机制作的类似于刚体制造。固化的尾巴大约需要72个小时。图<xgydF4y2Baref ref-type="fig" rid="fig6"> 6</xgydF4y2Baref>说明铸造的灵活的尾巴。</gydF4y2Bap> <fig id="fig6"> <label>图6</lgydF4y2Baabel> <p>铸造的尾巴花梗。</gydF4y2Bap> <graphic xlink:href="//www.newsama.com/downloads/journals/jr/2014/687985.fig.006"></graphic> </fig> <p>鱼的其他组件的机器人如胸鳍、驱动机制和尾鳍与俗称装配式制造机器。注意驱动机制和胸鳍是由钢和铝而5毫米的尾鳍是由聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)表。</gydF4y2Bap> <p>控制鱼的12 V直流齿轮头电机,设计了一个开环控制器。控制器是编码成一个Arduino Uno单片机可以与任何蓝牙设备就像使用蓝牙连接电脑和智能手机。</gydF4y2Bap> <p>图<xgydF4y2Baref ref-type="fig" rid="fig7"> 7</xgydF4y2Baref>显示了最终的原型鱼的机器人,UC-Ika 1。</gydF4y2Bap> <fig id="fig7"> <label>图7</lgydF4y2Baabel> <p>第一个原型开发的坎特伯雷大学UC-Ika 1。</gydF4y2Bap> <graphic xlink:href="//www.newsama.com/downloads/journals/jr/2014/687985.fig.007"></graphic> </fig> </sec> <sec id="sec5"> <title>5。鱼的性能</gydF4y2Batitle> <p>UC-Ika 1是单一某种步态的机器人,只有能够巡航与尾巴花梗,尾鳍运动。当改变方向的最大胀尾鳍,创建更大的漩涡,保证更快的机器人的性能。为了证实这一理论,UC-Ika 1测试有两个不同的尾部设计:固定关节的尾鳍如图<xgydF4y2Baref ref-type="fig" rid="fig8a"> 8(一个)</xgydF4y2Baref>和一个灵活的一个呈现在图<xgydF4y2Baref ref-type="fig" rid="fig8b"> 8 (b)</xgydF4y2Baref>。固定接头,尾鳍有相同的尾巴花梗的取向,而灵活的关节,由一块橡胶,使尾改变其方向最大胀。</gydF4y2Bap> <fig-group id="fig8"> <p>连接的尾鳍尾部花梗。</gydF4y2Bap> <fig id="fig8a"> <label>(一)</lgydF4y2Baabel> <p>固定的联合</gydF4y2Bap> <graphic xlink:href="//www.newsama.com/downloads/journals/jr/2014/687985.fig.008a"></graphic> </fig> <fig id="fig8b"> <label>(b)</lgydF4y2Baabel> <p>挠性接头</gydF4y2Bap> <graphic xlink:href="//www.newsama.com/downloads/journals/jr/2014/687985.fig.008b"></graphic> </fig> </fig-group> <p>注意,VCUUV操作与液压动力装置和RoboTuna运输安装机器人与外部电源(<xgydF4y2Baref ref-type="bibr" rid="B9"> 9</xgydF4y2Baref>]虽然UC-Ika 1驱动内部只有一个固定的12 V直流电机。因此UC-Ika 1不需要外部支持和雇佣了一个电动马达为中型机器人是首选。关于执行机构的进一步信息,读者被称为(<xgydF4y2Baref ref-type="bibr" rid="B20"> 20.</xgydF4y2Baref>]。</gydF4y2Bap> <p>执行多个测试对上述设计尾鳍水箱的长度4米。表<xgydF4y2Baref ref-type="table" rid="tab1"> 1</xgydF4y2Baref>显示了每一个测试结果。</gydF4y2Bap> <table-wrap id="tab1"> <label>表1</lgydF4y2Baabel> <p>鱼游1.5米的机器人。</gydF4y2Bap> <table> <thead> <tr> <th align="left" rowspan="2">测试</gydF4y2Bath> <th align="center" colspan="2">游泳时间(年代)</gydF4y2Bath> </tr> <tr> <th align="center">固定的联合</gydF4y2Bath> <th align="center">挠性接头</gydF4y2Bath> </tr> </thead> <tbody> <tr> <td align="left">1</gydF4y2Batd> <td align="center">7.0</gydF4y2Batd> <td align="center">4.7</gydF4y2Batd> </tr> <tr> <td align="left">2</gydF4y2Batd> <td align="center">6.8</gydF4y2Batd> <td align="center">5.5</gydF4y2Batd> </tr> <tr> <td align="left">3</gydF4y2Batd> <td align="center">7.4</gydF4y2Batd> <td align="center">5.5</gydF4y2Batd> </tr> <tr> <td align="left">4</gydF4y2Batd> <td align="center">6.8</gydF4y2Batd> <td align="center">5.0</gydF4y2Batd> </tr> <tr> <td align="left">5</gydF4y2Batd> <td align="center">7.0</gydF4y2Batd> <td align="center">5.2</gydF4y2Batd> </tr> </tbody> </table> </table-wrap> <p></p> <p>结果显示巡航速度为0.21米/秒和0.29 m / s UC-Ika 1固定和灵活的关节,分别从几个测试(结果完成了机器人的运动分析的视频巡航的运动UC-Ika 1)。鱼的速度通常测量和比较对他们身体的长度。因此,UC-Ika 1的速度是每秒0.33身体长度(提单/ s)固定接头和0.44提单/ s灵活的设计。这些结果与现有tuna-like可比机器人。图<xgydF4y2Baref ref-type="fig" rid="fig9"> 9</xgydF4y2Baref>比较这两个tuna-mimetic机器人,VCUUV和RoboTuna UC-Ika 1固定和灵活的关节。</gydF4y2Bap> <fig id="fig9"> <label>图9</lgydF4y2Baabel> <p>游泳速度的比较两个tuna-like机器人由加州大学tuna-like机器人。</gydF4y2Bap> <graphic xlink:href="//www.newsama.com/downloads/journals/jr/2014/687985.fig.009"></graphic> </fig> <p>机器人的最优性和挠性接头也通过调查斯特劳哈尔数和弗劳德效率。为了计算这两个量,游泳UC-Ika 1主要从实验获得的参数。这些参数如表所示<xgydF4y2Baref ref-type="table" rid="tab2"> 2</xgydF4y2Baref>。</gydF4y2Bap> <table-wrap id="tab2"> <label>表2</lgydF4y2Baabel> <p>游泳UC-Ika 1的参数。</gydF4y2Bap> <table> <thead> <tr> <th align="left">参数</gydF4y2Bath> <th align="center">价值</gydF4y2Bath> </tr> </thead> <tbody> <tr> <td align="left">波动频率</gydF4y2Batd> <td align="center"> <inline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M38"> <mml:mi> f</gydF4y2Bamml:mi> <mml:mo> =</gydF4y2Bamml:mo> <mml:mn mathvariant="normal"> 1.5</gydF4y2Bamml:mn> </mml:math> </inline-formula>赫兹</gydF4y2Batd> </tr> <tr> <td align="left">胀</gydF4y2Batd> <td align="center"> <inline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M39"> <mml:mi> h</gydF4y2Bamml:mi> <mml:mo> =</gydF4y2Bamml:mo> <mml:mn mathvariant="normal"> 0.07</gydF4y2Bamml:mn> </mml:math> </inline-formula>米</gydF4y2Batd> </tr> <tr> <td align="left">意味着前进速度</gydF4y2Batd> <td align="center"> <inline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M40"> <mml:mover accent="false"> <mml:mrow> <mml:mover accent="true"> <mml:mrow> <mml:mi> x</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mo> ˙</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> <mml:mo> ¯</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> <mml:mo> =</gydF4y2Bamml:mo> <mml:mn mathvariant="normal"> 0.29</gydF4y2Bamml:mn> </mml:math> </inline-formula>米/秒</gydF4y2Batd> </tr> <tr> <td align="left">意思是横向速度</gydF4y2Batd> <td align="center"> <inline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M41"> <mml:mover accent="false"> <mml:mrow> <mml:mover accent="true"> <mml:mrow> <mml:mi> y</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mo> ˙</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> <mml:mo> ¯</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> <mml:mo> =</gydF4y2Bamml:mo> <mml:mn mathvariant="normal"> 0.07</gydF4y2Bamml:mn> </mml:math> </inline-formula>米/秒</gydF4y2Batd> </tr> <tr> <td align="left">意思是推力</gydF4y2Batd> <td align="center"> <inline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M42"> <mml:mover accent="false"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> F</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> C</gydF4y2Bamml:mi> <mml:mi> x</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:mo> ¯</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> <mml:mo> =</gydF4y2Bamml:mo> <mml:mn mathvariant="normal"> 0.23</gydF4y2Bamml:mn> </mml:math> </inline-formula>N</gydF4y2Batd> </tr> <tr> <td align="left">意思是侧向力</gydF4y2Batd> <td align="center"> <inline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M43"> <mml:mover accent="false"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> F</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> C</gydF4y2Bamml:mi> <mml:mi> y</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:mo> ¯</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> <mml:mo> =</gydF4y2Bamml:mo> <mml:mn mathvariant="normal"> 0.26</gydF4y2Bamml:mn> </mml:math> </inline-formula>N</gydF4y2Batd> </tr> </tbody> </table> </table-wrap> <p></p> <p>应该注意的是,<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M44"> <mml:mrow> <mml:mover accent="false"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> F</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> C</gydF4y2Bamml:mi> <mml:mi> x</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:mo> ¯</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>和<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M45"> <mml:mrow> <mml:mover accent="false"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> F</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> C</gydF4y2Bamml:mi> <mml:mi> y</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:mo> ¯</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>用于弗劳德效率时,必须得到机器人在巡航。在巡航模式,推进部队的平均值等于平均电阻的力量。因此,<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M46"> <mml:mrow> <mml:mover accent="false"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> F</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> D</gydF4y2Bamml:mi> <mml:mi> x</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:mo> ¯</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>和<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M47"> <mml:mrow> <mml:mover accent="false"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> F</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> D</gydF4y2Bamml:mi> <mml:mi> y</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:mo> ¯</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>计算的速度巡航模式,取而代之的是机器人吗<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M48"> <mml:mrow> <mml:mover accent="false"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> F</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> C</gydF4y2Bamml:mi> <mml:mi> x</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:mo> ¯</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>和<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M49"> <mml:mrow> <mml:mover accent="false"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> F</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> C</gydF4y2Bamml:mi> <mml:mi> y</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:mo> ¯</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>(例如,<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M50"> <mml:mover accent="false"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> F</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> C</gydF4y2Bamml:mi> <mml:mi> x</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:mo> ¯</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> <mml:mo> =</gydF4y2Bamml:mo> <mml:mover accent="false"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> F</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> D</gydF4y2Bamml:mi> <mml:mi> y</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:mo> ¯</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> <mml:mo> =</gydF4y2Bamml:mo> <mml:mrow> <mml:mo stretchy="false"> (</gydF4y2Bamml:mo> <mml:mrow> <mml:mn mathvariant="normal"> 1</gydF4y2Bamml:mn> <mml:mo> /</gydF4y2Bamml:mo> <mml:mn mathvariant="normal"> 2</gydF4y2Bamml:mn> </mml:mrow> <mml:mo stretchy="false"> )</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> C</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> D</gydF4y2Bamml:mi> <mml:mi> x</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mi> ρ</gydF4y2Bamml:mi> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> 年代</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> x</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mover accent="false"> <mml:mrow> <mml:mover accent="true"> <mml:mrow> <mml:mi> x</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mo> ˙</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> <mml:mo> ¯</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn mathvariant="normal"> 2</gydF4y2Bamml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mo> =</gydF4y2Bamml:mo> <mml:mn mathvariant="normal"> 0.23</gydF4y2Bamml:mn> <mml:mo> </mml:mo> <mml:mtext> N</gydF4y2Bamml:mtext> </mml:math> </inline-formula>)。</gydF4y2Bap> <p>替换<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M51"> <mml:mrow> <mml:mi> f</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>,<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M52"> <mml:mrow> <mml:mi> h</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>,<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M53"> <mml:mover accent="false"> <mml:mrow> <mml:mover accent="true"> <mml:mrow> <mml:mi> x</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mo> ˙</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> <mml:mo> ¯</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:math> </inline-formula>到(<xgydF4y2Baref ref-type="disp-formula" rid="EEq1"> 1</xgydF4y2Baref>)的收益率<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M54"> <mml:mtext> 圣</gydF4y2Bamml:mtext> <mml:mo> =</gydF4y2Bamml:mo> <mml:mn mathvariant="normal"> 0.72</gydF4y2Bamml:mn> </mml:math> </inline-formula>。这个值的<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M55"> <mml:mrow> <mml:mtext> 圣</gydF4y2Bamml:mtext> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>表明鱼机器人产生的漩涡不是完全理想。然而,弗劳德UC-Ika 1大约是高的效率。替换的值<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M56"> <mml:mrow> <mml:mover accent="false"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> F</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> C</gydF4y2Bamml:mi> <mml:mi> x</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:mo> ¯</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>,<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M57"> <mml:mrow> <mml:mover accent="false"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> F</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> C</gydF4y2Bamml:mi> <mml:mi> y</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:mo> ¯</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> </mml:math> </inline-formula>,<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M58"> <mml:mover accent="false"> <mml:mrow> <mml:mover accent="true"> <mml:mrow> <mml:mi> x</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mo> ˙</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> <mml:mo> ¯</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:math> </inline-formula>,<gydF4y2Bainline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M59"> <mml:mover accent="false"> <mml:mrow> <mml:mover accent="true"> <mml:mrow> <mml:mi> y</gydF4y2Bamml:mi> </mml:mrow> <mml:mo> ˙</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> <mml:mo> ¯</gydF4y2Bamml:mo> </mml:mover> </mml:math> </inline-formula>到(<xgydF4y2Baref ref-type="disp-formula" rid="EEq2"> 2</xgydF4y2Baref>)和(<xgydF4y2Baref ref-type="disp-formula" rid="EEq3"> 3</xgydF4y2Baref>),鱼的弗劳德效率获得机器人等于78%。</gydF4y2Bap> <p>结果揭示了一个有前途的性能,因为一些金枪鱼的水动力方面尚未考虑。例如,没有流线型的尾鳍形状。此外,金枪鱼是静态的胸鳍和面向他们的身体而向内UC-Ika 1胸鳍向外固定。此外,运动尾尚未优化机制。预计未来的优化设计有更高的效率,超过83%。</gydF4y2Bap> </sec> <sec id="sec6"> <title>6。结论</gydF4y2Batitle> <p>为了设计一个稳定、快速、高效的tuna-like机器人,金枪鱼的物理标准推进需要考虑。因此,机器人需要中性浮力。机器人需要一个流线型的整体形状。尾部需要灵活波动提供大型绞lunate-shaped。最后,尾鳍尾部花梗必须缩小挠性接头附近的尾鳍。UC-Ika 1是设计和制造考虑所有这些标准,而没有充分优化。</gydF4y2Bap> <p>测试在巡航UC-Ika 1展示其令人满意的性能。机器人的游泳效率主要是调查使用斯特劳哈尔数和弗劳德效率。UC-Ika 1游泳斯特劳哈尔数为0.72不完全理想值。然而,机器人也很好的效率与螺旋桨相比,水下机器人和真正的鱼在自然界中。UC-Ika 1 78%的效率。获取这个值在机器人的速度可比其他tuna-like机器人像RoboTuna,运输安装和使用外部电源,和VCUUV游泳使用液压动力单元(<xgydF4y2Baref ref-type="bibr" rid="B9"> 9</xgydF4y2Baref>]。机器人到达0.44提单/ s的速度巡航期间的挠性接头尾鳍超过25%速度与固定关节。</gydF4y2Bap> <p>为未来的原型,机器人的效率和速度将会使用一个优化算法进行了优化。此外,未来的机器人设计将包括振荡胸鳍添加机动性能力的机器人。</gydF4y2Bap> </sec> <back> <sec sec-type="conflict"> <title>利益冲突</gydF4y2Batitle> <p>作者宣称没有利益冲突有关的出版。</gydF4y2Bap> </sec> <ref-list> <ref id="B1" content-type="article"> <label>1</lgydF4y2Baabel> <nlm-citation publication-type="journal"> <person-group person-group-type="author"> <name> <surname> 余</gydF4y2Basurname> <given-names> J。</ggydF4y2Baiven-names> </name> <name> <surname> 棕褐色</gydF4y2Basurname> <given-names> M。</ggydF4y2Baiven-names> </name> <name> <surname> 王</gydF4y2Basurname> <given-names> 年代。</ggydF4y2Baiven-names> </name> <name> <surname> 陈</gydF4y2Basurname> <given-names> E。</ggydF4y2Baiven-names> </name> </person-group> <article-title> 仿生机器鱼的发展及其控制算法</gydF4y2Baarticle-title> <source> <italic> IEEE系统,人,控制论B:控制论</gydF4y2Baitalic> <year> 2004年</ygydF4y2Baear> <volume> 34</gydF4y2Bavolume> <issue> 4</gydF4y2Baissue> <fpage> 1798年</fgydF4y2Bapage> <lpage> 1810年</lgydF4y2Bapage> <pub-id pub-id-type="other"> 2 - s2.0 - 3442880717</gydF4y2Bapub-id> <pub-id pub-id-type="doi"> 10.1109 / TSMCB.2004.831151</gydF4y2Bapub-id> </nlm-citation> </ref> <ref id="B2" content-type="inproceedings"> <label>2</lgydF4y2Baabel> <nlm-citation publication-type="confproc"> <person-group person-group-type="author"> <name> <surname> 胡</gydF4y2Basurname> <given-names> H。</ggydF4y2Baiven-names> </name> <name> <surname> 刘</gydF4y2Basurname> <given-names> J。</ggydF4y2Baiven-names> </name> <name> <surname> 公爵</gydF4y2Basurname> <given-names> 我。</ggydF4y2Baiven-names> </name> <name> <surname> 弗朗西斯</gydF4y2Basurname> <given-names> G。</ggydF4y2Baiven-names> </name> </person-group> <article-title> 设计的3 d模式自主机器鱼游泳</gydF4y2Baarticle-title> <conf-name> 《IEEE / RSJ智能机器人和系统国际会议(——06年)</gydF4y2Baconf-name> <conf-date> 2006年10月</gydF4y2Baconf-date> <fpage> 2406年</fgydF4y2Bapage> <lpage> 2411年</lgydF4y2Bapage> <pub-id pub-id-type="other"> 2 - s2.0 - 34250662583</gydF4y2Bapub-id> <pub-id pub-id-type="doi"> 10.1109 / IROS.2006.281680</gydF4y2Bapub-id> </nlm-citation> </ref> <ref id="B3" content-type="article"> <label>3</lgydF4y2Baabel> <nlm-citation publication-type="journal"> <person-group person-group-type="author"> <name> <surname> Triantafyllou</gydF4y2Basurname> <given-names> m . S。</ggydF4y2Baiven-names> </name> <name> <surname> Triantafyllou</gydF4y2Basurname> <given-names> g S。</ggydF4y2Baiven-names> </name> </person-group> <article-title> 一个有效的游泳机</gydF4y2Baarticle-title> <source> <italic> 科学美国人</gydF4y2Baitalic> <year> 1995年</ygydF4y2Baear> <volume> 272年</gydF4y2Bavolume> <issue> 3</gydF4y2Baissue> <fpage> 40</fgydF4y2Bapage> <lpage> 48</lgydF4y2Bapage> <pub-id pub-id-type="other"> 2 - s2.0 - 0028976446</gydF4y2Bapub-id> </nlm-citation> </ref> <ref id="B4" content-type="article"> <label>4</lgydF4y2Baabel> <nlm-citation publication-type="journal"> <person-group person-group-type="author"> <name> <surname> 安德森</gydF4y2Basurname> <given-names> j . M。</ggydF4y2Baiven-names> </name> <name> <surname> Chhabra</gydF4y2Basurname> <given-names> n K。</ggydF4y2Baiven-names> </name> </person-group> <article-title> 操纵稳定性能的机器人金枪鱼</gydF4y2Baarticle-title> <source> <italic> 综合比较生物学</gydF4y2Baitalic> <year> 2002年</ygydF4y2Baear> <volume> 42</gydF4y2Bavolume> <issue> 1</gydF4y2Baissue> <fpage> 118年</fgydF4y2Bapage> <lpage> 126年</lgydF4y2Bapage> <pub-id pub-id-type="other"> 2 - s2.0 - 0036464197</gydF4y2Bapub-id> </nlm-citation> </ref> <ref id="B5" content-type="inproceedings"> <label>5</lgydF4y2Baabel> <nlm-citation publication-type="confproc"> <person-group person-group-type="author"> <name> <surname> 刘</gydF4y2Basurname> <given-names> J。</ggydF4y2Baiven-names> </name> <name> <surname> 公爵</gydF4y2Basurname> <given-names> 我。</ggydF4y2Baiven-names> </name> <name> <surname> 骑士</gydF4y2Basurname> <given-names> R。</ggydF4y2Baiven-names> </name> <name> <surname> 胡</gydF4y2Basurname> <given-names> H。</ggydF4y2Baiven-names> </name> </person-group> <article-title> 发展自主机器人鱼鱼游泳行为</gydF4y2Baarticle-title> <volume> 4</gydF4y2Bavolume> <conf-name> 程序控制的会议</gydF4y2Baconf-name> <conf-date> 2004年</gydF4y2Baconf-date> </nlm-citation> </ref> <ref id="B6" content-type="techreport"> <label>6</lgydF4y2Baabel> <nlm-citation publication-type="gov"> <person-group person-group-type="author"> <name> <surname> Lachat</gydF4y2Basurname> <given-names> D。</ggydF4y2Baiven-names> </name> <name> <surname> Crespi</gydF4y2Basurname> <given-names> 一个。</ggydF4y2Baiven-names> </name> <name> <surname> Ijspeert</gydF4y2Basurname> <given-names> 一个。</ggydF4y2Baiven-names> </name> </person-group> <article-title> Boxybot,鱼机器人设计与实现</gydF4y2Baarticle-title> <source> <italic> 后续学期项目</gydF4y2Baitalic> <year> 2005年</ygydF4y2Baear> <issue> 27</gydF4y2Baissue> </nlm-citation> </ref> <ref id="B7" content-type="article"> <label>7</lgydF4y2Baabel> <nlm-citation publication-type="journal"> <person-group person-group-type="author"> <name> <surname> Kodati</gydF4y2Basurname> <given-names> P。</ggydF4y2Baiven-names> </name> <name> <surname> 亨克尔</gydF4y2Basurname> <given-names> J。</ggydF4y2Baiven-names> </name> <name> <surname> 韦恩</gydF4y2Basurname> <given-names> 一个。</ggydF4y2Baiven-names> </name> <name> <surname> 邓</gydF4y2Basurname> <given-names> X。</ggydF4y2Baiven-names> </name> </person-group> <article-title> Microautonomous机器人ostraciiform (MARCO):流体力学,设计和制造</gydF4y2Baarticle-title> <source> <italic> IEEE机器人</gydF4y2Baitalic> <year> 2008年</ygydF4y2Baear> <volume> 24</gydF4y2Bavolume> <issue> 1</gydF4y2Baissue> <fpage> 105年</fgydF4y2Bapage> <lpage> 117年</lgydF4y2Bapage> <pub-id pub-id-type="other"> 2 - s2.0 - 40949132985</gydF4y2Bapub-id> <pub-id pub-id-type="doi"> 10.1109 / TRO.2008.915446</gydF4y2Bapub-id> </nlm-citation> </ref> <ref id="B8" content-type="article"> <label>8</lgydF4y2Baabel> <nlm-citation publication-type="journal"> <person-group person-group-type="author"> <name> <surname> 梁</gydF4y2Basurname> <given-names> J。</ggydF4y2Baiven-names> </name> <name> <surname> 王</gydF4y2Basurname> <given-names> T。</ggydF4y2Baiven-names> </name> <name> <surname> 温</gydF4y2Basurname> <given-names> l</ggydF4y2Baiven-names> </name> </person-group> <article-title> 发展2个联合机器鱼为现实世界的探索</gydF4y2Baarticle-title> <source> <italic> 《机器人技术领域</gydF4y2Baitalic> <year> 2011年</ygydF4y2Baear> <volume> 28</gydF4y2Bavolume> <issue> 1</gydF4y2Baissue> <fpage> 70年</fgydF4y2Bapage> <lpage> 79年</lgydF4y2Bapage> <pub-id pub-id-type="other"> 2 - s2.0 - 78650340338</gydF4y2Bapub-id> <pub-id pub-id-type="doi"> 10.1002 / rob.20363</gydF4y2Bapub-id> </nlm-citation> </ref> <ref id="B9" content-type="incollection"> <label>9</lgydF4y2Baabel> <nlm-citation publication-type="book"> <person-group person-group-type="author"> <name> <surname> Masoomi</gydF4y2Basurname> <given-names> 美国F。</ggydF4y2Baiven-names> </name> <name> <surname> Gutschmidt</gydF4y2Basurname> <given-names> 年代。</ggydF4y2Baiven-names> </name> <name> <surname> 陈</gydF4y2Basurname> <given-names> X。</ggydF4y2Baiven-names> </name> <name> <surname> 塞利纳</gydF4y2Basurname> <given-names> M。</ggydF4y2Baiven-names> </name> </person-group> <article-title> 小说robotis鱼游泳机制</gydF4y2Baarticle-title> <source> <italic> 在机器人技术和机电一体化工程创新设计</gydF4y2Baitalic> <year> 2013年</ygydF4y2Baear> <publisher-loc> 美国宾夕法尼亚州</gydF4y2Bapublisher-loc> <publisher-name> IGI全球</gydF4y2Bapublisher-name> <fpage> 41</fgydF4y2Bapage> <lpage> 58</lgydF4y2Bapage> <pub-id pub-id-type="doi"> 10.4018 / 978-1-4666-4225-6</gydF4y2Bapub-id> </nlm-citation> </ref> <ref id="B10" content-type="article"> <label>10</lgydF4y2Baabel> <nlm-citation publication-type="journal"> <person-group person-group-type="author"> <name> <surname> Sfakiotakis</gydF4y2Basurname> <given-names> M。</ggydF4y2Baiven-names> </name> <name> <surname> 车道</gydF4y2Basurname> <given-names> d . 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