[发明专利]一种精确控制机器鱼关节运动的方法

权利要求书

1.一种精确控制机器鱼关节运动的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，以机器鱼原始运动学模型f_B(x,t)为基础，在考虑鱼头晃动的条件下，建立机器鱼尾部运动方程f_T(x,t)：

f_T(x,t)＝[c₁(x-m)+c₂(x-m)²]sin[ωt+k'(x-m)]-c₁sin(ωt)(x-m)

其中：f_T(x,t)为鱼体的横向位移；c₁为鱼体波波幅包络线的一次项系数；c₂为鱼体波波幅包络线的二次项系数；m为机器鱼鱼头的晃动中心距离头部与尾部运动关节连接点的距离；ω为鱼体波频率；k'为鱼体波波数，k'＝2π/λ，λ为鱼体波波长；

步骤二，将步骤一中的机器鱼尾部运动方程离散成随时间变化的N个尾部运动姿态F_T(x,i)(i＝0......N)，据此方程绘制出机器鱼巡游时某一时刻的运动姿态曲线，以及对应这个运动姿态的鱼尾部运动曲线；

步骤三，假设机器鱼共有k个关节，对步骤二得到的鱼尾部运动曲线，用数值逼近和最小误差法得到机器鱼各个关节在该时刻的运动姿态下实际需要转动的角度，并建立角度控制方程：

其中：j＝1...k，a_j为每个关节转动的摆动幅值；为每个关节转动的初始相位值。

2.根据权利要求1所述的精确控制机器鱼关节运动的方法，其特征在于：步骤三中所述最小误差法用误差方程为：

其中：R_p为一个假设的长度比例相关系数，R_p∈[0,1]，它表示刚性关节与机器鱼尾部运动方程曲线的交点到起点之间的关节长度占总长度的比例，

其中：M为离散点数；

g_i,j(x)＝k_i,jx+b_i,j

式中：为第j个关节在离散时刻为i处的横向终点坐标；为第j个关节在离散时刻为i处的横向起点坐标；为第j个关节在离散时刻为i处的纵向终点坐标；第j个关节在离散时刻为i处的纵向起点坐标。

3.根据权利要求1所述的精确控制机器鱼关节运动的方法，其特征在于：所述机器鱼包括三个主驱动关节，每个主驱动关节之间沿鱼身体长方向设置有四个从驱动关节，每个主驱动关节均包括一个舵机和驱动杆，驱动杆一端与舵机的输出轴连接，另一端与相邻主驱动关节的舵机固定连接；每个从驱动关节包括支撑环、脊椎骨铰链和脊椎骨铰链连接杆，支撑环上具有用于固定脊椎骨铰链的卡槽，脊椎骨铰链具有第一连接部和第二连接部，第二连接部呈U型，第二连接部卡设于支撑环的卡槽中，第一连接部通过脊椎骨铰链连接杆与前一个从驱动关节的第二连接部转动连接，第二连接部通过脊椎骨铰链连接杆与后一个从驱动关节的第一连接部转动连接，多个从驱动关节的脊椎骨铰链首尾相连形成机器鱼的脊椎。

4.根据权利要求3所述的精确控制机器鱼关节运动的方法，其特征在于：三个主驱动关节的长度比例为1:1:1.2。

5.根据权利要求3所述的精确控制机器鱼关节运动的方法，其特征在于：支撑环内部与脊椎骨铰链和舵机之间设置有泡沫。

6.根据权利要求3所述的精确控制机器鱼关节运动的方法，其特征在于：舵机设置于舵机外壳内，舵机外壳上开设有弧形轨道，驱动杆中间部位向下垂直连接有一个支撑杆，支撑杆的底端连接有一个滚球，舵机带动驱动杆转动，驱动杆带动支撑杆连同滚球在弧形轨道内来回滚动。