[发明专利]一种快速、精确的仿生机器鱼C形起动的运动控制方法

权利要求书

1.一种仿生机器鱼C形起动的运动控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，在仿生机器鱼C形起动的弯曲阶段，对于具有较小尾鳍的鱼类，建立小尾鳍模型，对于具有较大尾鳍的鱼类，建立大尾鳍模型；

步骤2，通过设置小尾鳍模型与大尾鳍模型转动关节的转角限制和被动转动关节的关节转角来使仿生机器鱼达到C形；

步骤3，在仿生机器鱼C形起动的保持阶段，基于动态轨迹跟踪算法重新设置每个转动关节的关节转角，以减小机器鱼受到的水的反冲力；

步骤4，在仿生机器鱼C形起动的伸展阶段，根据鱼体波公式来设置转动关节的位置，以使机器鱼伸展开来。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机器鱼包括鱼喙J₀、n个关节J_i，i＝1，2，...，n、尾鳍节点J_n+1、n+1个体段L_i，i＝0，1，...，n，其中，L₀表示机器鱼的头部，L_n表示机器鱼的尾鳍。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤1中的小尾鳍模型为：机器鱼开始C形起动时，关节J_i依顺序依次开始转动，每个关节J_i都有转角限制θ_i，转角限制θ_i依次减小，当关节J_i转动到达转角限制θ_i后，下一关节J_i+1开始转动，当转动关节转动的时候，其后所有不转动关节始终保持直线状态，且该直线通过机器鱼的质心

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤1中的大尾鳍模型为：机器鱼开始C形起动时，除尾鳍外，其余关节J_i均开始转动，但每个关节J_i都有转角限制θ_i，转角限制θ_i是相等的，在整个转动过程中，只有尾鳍所在体段保持通过机器鱼的质心其他关节J_i在关节转角限制的范围内同时转动。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中转动关节的关节转角限制是给定具体角度值，被动转动关节的关节转角的计算进一步包括以下步骤，假设现在的转动关节为J_i：

步骤2.1，计算关节J_i+1的坐标(x_i+1，y_i+1)：

xi+1=Σj=0iljcos(Σk=0jθk)yi+1=Σj=0iljsin(Σk=0jθk),]]>

其中，(x_i+1，y_i+1)表示关节J_i+1的坐标，l_j表示关节段的长度，θ_k表示关节段与关节段间的夹角；

步骤2.2，计算关节段的质心的坐标

xci=1Σj=0imj[xci-1·Σj=0i-1mj+mi(xi+lCicos(Σj=0iθj))]yci=1Σj=0imj[yci-1·Σj=0i-1mj+mi(yi+lCisin(Σj=0iθj))],]]>

其中，表示质心的坐标，m_i表示关节段的质量，表示关节J_i到关节段的质心的距离，θ_j表示关节段与关节段间的夹角；

步骤2.3，计算关节J_i+1的关节转角即关节段与关节段间的夹角θ_i+1：

θi+1=arccos(C~iJi+1→·JiJi+1→|C~iJi+1→|·|JiJi+1→|),]]>

=arccos(xi+1-xCi)(xi+1-xi)+(yi+1-yCi)(yi+1-yi)(xi+1-xCi)2+(yi+1-yCi)2·li]]>

其中，表示关节段的质心点，J_i表示第i关节，(x_i+1，y_i+1)表示关节J_i+1的坐标，表示质心的坐标。