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機器人|機器人鰭模型，允許通過減少的運動學參數空間進行系統探索

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【機器人|機器人鰭模型，允許通過減少的運動學參數空間進行系統探索】物理模型 ， 已經有各種獨立的努力來設計和制造模仿游泳動物中發現的細長波狀鰭的運動學的機器人 。 科學家們開發了一種波浪形帶狀翅片 ， 由八個與翅片膜互連的翅片致動器組成 。 鰭射線由氣動平行波紋管驅動 ， 波紋管彎曲類似于魚鰭中的骨頭 ， 但與骨射線相比 ， 氣動射線的直徑與長度之比要大得多 。 研究人員構建了一個機器人波浪鰭 ， 由十三條射線組成 ， 這些射線圍繞一個共同的軸旋轉 ， 每條射線由一個專用的伺服電機驅動 。

他們設計了一種模塊化的帶狀鰭機構 ， 可以橫向定位為一對胸鰭 ， 也可以向內定位為腹側帶狀鰭 。 在這種機制中 ， 翅片膜由離散的剛性丙烯酸鏈段組成 ， 以減少拉伸彈性膜時的能量損失 。 為了便于操作由剛性材料制成的翅片 ， 十片條翅片射線不會繞軸旋轉 ， 而是相對于中平面 ， 以在正弦運動期間保持光線彼此平行 。 盡管這種設計避免了處理高度柔順的膜的缺點 ， 但鰭射線的運動學和膜材料與實際的生物波動帶狀鰭有很大的不同 。

這種設計的更新版本 ， 稱為NKF-II ， 有八根鰭條連接到一個包含水箱的潛水器主體 ， 允許浮力控制 。有關人員設計和構建了一個波動機器人鰭模型 ， 目的是了解帶狀鰭推進的流體動力學和電魚的電感應系統之間的相互聯系 。 第一個版本的波紋帶狀翅片模型由八個伺服電機驅動的剛性翅片射線和由乳膠片制成的翅片膜組成 。 起伏的鰭是機器人潛入水中的唯一部分 。

幽靈機器人有三十二條射線 ， 由一個厘三十二米的萊卡鰭覆蓋 ， 該鰭連接到一個可容納所有電機的潛水器主體 。 身體是魚雷形的 ， 當它接收來自水外的控制信號和電力時 ， 它被安裝和系住 。還有許多其他起伏帶狀翅片模型的例子 。 科學家開發了一種電機驅動的波浪形鰭片致動器來模擬尼羅羅非魚的運動學 ，一種非洲弱電魚 ， 它使用背中帶狀鰭 ， 并就多個鰭參數分析其推進力學 。

科學家設計并建造了具有兩個橫向波浪形鰭片的仿生水下航行器 。 他們建造了一個波狀帶狀翅片 ， 只有兩個致動器 ， 一個在翅片的兩端 ， 以驗證推力產生的計算結果 。 并使用由單自由度驅動的柔性箔片來研究魚類的波動運動 。 使用這些仿生機器人的研究工作有著共同的目標 ， 即開發一種更具機動性的水下航行器 ， 并了解魚類波動運動的基本機械原理 一旦建立了鰭的物理模型 ， 就有許多不同的方法來分析潛在的力學 。

通常第一步是讓機器人在一組與自然界觀察到的運動學非常匹配的情況下游泳 。 穩態游泳速度的測量包括自由游泳鰭的運動捕捉 ， 或將流動隧道的速度與機器人的自由游泳速度相匹配 。 此外 ， 可以通過在機器人鰭和機械地面之間放置一個稱重傳感器來測量固定鰭的力 ， 這在生物學中很難或不可能進行 ， 尤其是在魚類中 。 流量和力測量可以結合起來估計流動隧道或拖車罐中的阻力 。

最后 ， 使用粒子圖像測速等流量測量技術來確定機器人尾翼產生的尾流的速度矢量場 ， 其中重要的特征包括因為可以推導出渦量和動量通量 。 雖然粒子圖像測速通常在飛機上進行 ， 但最近的工作已經使用體積流技術進行了三維速度場測量 ， 該技術應用于水下機器人和活體動物的力學 。 對于大多數測量 ， 鰭的運動學已被理想化為由三個或四個參數組成的簡單行波 ， 例如頻率、波長、幅度和長高比 。 機器人鰭模型允許通過減少的運動學參數空間進行系統探索——這在研究活魚時是不可能的 。

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