教 柳 张保成 张开升 赵 波

(中国海洋大学工程学院机电工程系,青岛 266100)

引言

水下机器人作为人类探索海洋的主要工具,吸引了越来越多研究机构和学者的目光[1].传统的水下航行器或机器人一般采用螺旋桨式推进装置,这种推进方式能耗噪声大、效率低易伤害到水下生物[2].相比于螺旋桨推进器,自然鱼类在运动过程中机动性高、效率高、噪声低、隐蔽性好且环境扰动小[3-4].鱼类的这些卓越游动性能引起了仿生学等领域许多专家在推进理论和机器鱼模型制作方面的研究兴趣[5].

如何模仿鱼类获得较高的游动性能,众多学者开展了摆动频率、摆动幅度和刚性系数[6-8]等参数对仿生机器鱼游动性能的影响的研究分析,但关于关节数目对仿生机器鱼巡游性能的影响研究与实验并不多.刘军考等[9]进行了电机驱动的单关节尾鳍机器鱼与两关节机器鱼的对比试验,在相同的实验条件下,实验结果表明两关节机器鱼比单关节尾鳍摆动推进的机器鱼具有更高的推进速度.王飞等[10]采用模块化结构设计了“BLRF-I”系列仿鲹科机器鱼,可以更改尾部驱动电机的数量,形成仅舵机关节数量不同的单关节、两关节和三关节仿生机器鱼,进行实验讨论关节数目对机器鱼游动性能的影响.实验表明随着关节数量的增加,仿生机器鱼的巡游速度有效地增大,最小转弯半径减小,巡游稳定性提高.Mart 等[11]使用软驱动材料离子交换聚合金属材料(ionic polymermetal composites,IPMC)作为驱动……