Dynamic modeling has been capturing attention for its fundamentality in precise locomotion analyses and control of underwater robots. However, the existing researches have mainly focused on investigating two-dimensional motion of underwater robots, and little attention has been paid to three-dimensional dynamic modeling, which is just what we focus on. In this article, a three-dimensional dynamic model of an active-tail-actuated robotic fish with a barycentre regulating mechanism is built by combining Newton's second law for linear motion and Euler's equation for angular motion. The model parameters are determined by three-dimensional computer-aided design (CAD) software SolidWorks, HyperFlow-based computational fluid dynamics (CFD) simulation, and grey-box model estimation method. Both kinematic experiments with a prototype and numerical simulations are applied to validate the accuracy of the dynamic model mutually. Based on the dynamic model, multiple three-dimensional motions, including rectilinear motion, turning motion, gliding motion, and spiral motion, are analyzed. The experimental and simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed model in evaluating the trajectory, attitude, and motion parameters, including the velocity, turning radius, angular velocity, etc., of the robotic fish.


翻译:然而,现有研究主要侧重于调查水下机器人的二维运动,很少注意三维动态模型,而这正是我们所关注的。在本篇文章中,一个三维动态模型,即活尾活性活性机器人鱼的三维动态模型,以及一个温中调控机制,通过将牛顿线形运动的第二个法律与线性运动的Euler方程式和角运动的Euler方程结合起来,来建立一个三维动态模型。模型参数由三维计算机辅助设计软件“固体工作”、基于超高速计算液动力模拟和灰箱模型估算方法来确定。两个带有原型和数字模拟的动态实验都用于验证动态模型的准确性。根据动态模型,多个三维运动,包括直线运动、旋转运动、滑动运动和螺旋运动。实验和模拟结果显示拟议模型在评估轨迹、速度、高压、高压、高压参数等方面的有效性。

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