基于CFD的仿鲹科机器鱼动力学建模与运动控制
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前处理*计算求解和后处理%前处理包括鱼体几何模型的
进机理研 究 和 仿 鱼 类 推 进 器 的 研 制&提 供 了 重 要 的 参 考 建立*计算域的划分*网格的划分*边界条件的设定和控
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制参数的 设 定& 其 目 的 为 创 造 计 算 求 解 步 骤 所 需 的 模 型&
本文以流体 力 学 分 析 为 切 入 点&基 于 计 算 流 体 力 学 方 为下一步进行仿 真 实 验 奠 定 基 础%计 算 求 解 则 是 利 用 =\/
基于 !O4 的仿科机器鱼动力学 建模与运动控制
张宜阳 汪!明 杜晓彬 王昆仑
!山东建筑大学 信息与电气工程学院&济南!"*#&#&"
摘要仿生机器鱼的运动控制是仿生机器鱼推广应用的基础$然而&仿科机器鱼的推进一般采用鱼体波数据&很少采用真 实鱼类游动数据$为了深入探究仿科机器鱼运动控制方法&采用了计算流体力学方法&通过标定流体介质*来流速度*鱼体几 何形 状 等 措 施 &利 用 \KQE48软 件 进 行 了 建 模 &然 后 针 对 鱼 体 波 数 据 和 真 实 金 枪 鱼 游 动 采 样 数 据 两 种 不 同 推 进 数 据 对 仿 生 机 器 鱼 进行了仿真和实验$结果表明对于多关节仿生机器鱼推进方面&真实金枪鱼游动采样数据相较于常见的鱼体波产生的推进数据& 在躯干进行大幅值摆动的情况下效果更好$这一仿真和实验对比为仿科机器鱼的高效运动控制提供了一种新思路%
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等人采用数值模拟方法对科模式机器鱼的自主游动机理 成了每个节点上的代数方程组&便可以对其进行求解%
进行研究&其结果对于获得更为合理的三维机器鱼的稳态 游动机理有着 重 要 意 义 % '"#( 吴 文 广 以 科 模 式 鱼 类 作 为 研 究对象进行了一系列的仿真&其结论对进一步开展鱼类推
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计算机测量与控制!
第 $# 卷
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验仿真&提供了一个很好 的 仿 科 机 器 鱼 =;A 耦 合 动 力 学 方程&纳维斯托克斯方程在直角坐标系的表示如下)
控制技术
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解决偏微 分 方 程 很 难 求 出 其 解 析 解 的 问 题&目 前 主 流 的
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?! 引 言
近年来&有许 多 高 校 都 在 进 行 仿 生 机 器 鱼 的 研 究& 其 中因为具有高速*高 效*高 机 动 性 等 优 点&身 体-尾 鳍 推 进
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法&利 用 \KQE48软 件 对 构 建 的 鱼 体 模 型 使 用 采 集 到 的 金 枪 鱼鱼尾摆动数据和鱼体波方法进行仿真&分析仿生机器鱼
关 键 词 仿 生 机 器 鱼 $运 动 控 制 $动 力 学 建 模 $计 算 流 体 力 学 $鱼 体 波
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本思路是将给定的计算域划分成互为独立且不相同的子区
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方法对蝠鲼的 非 定 常 水 动 力 特 性 进 行 了 模 拟 分 析 % '&'( 夏 丹 立离散方 程% 通 过 上 述 操 作 后& 计 算 域 的 偏 微 分 方 程 就 变
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收 稿 日 期 "#"" #& "&$! 修 回 日 期 "#"" #$ #&% 基 金 项 目 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目!."#-$&'.&b&(#."#%"% 作 者 简 介 张 宜 阳!&''. "&男 &山 东 青 岛 人 &硕 士 &主 要 从 事 仿 生 机 器 人 方 向 的 研 究 % 通 讯 作 者 汪 ! 明!&'-. "&男 &安 徽 省 桐 城 人 &博 士 &教 授 &主 要 从 事 仿 生 机 器 人 *建 筑 智 能 控 制 与 节 能 方 向 的 研 究 % 引 用 格 式 张 宜 阳 &汪 ! 明 &杜 晓 彬 &等 !基 于 =\/ 的 仿 科 机 器 鱼 动 力 学 建 模 与 运 动 控 制 ',(!计 算 机 测 量 与 控 制 &"#""&$#!%")&"&
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