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专利号: 2017110191615
申请人: 成都信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种鱼鳍推进式机器鱼运动能耗的确定方法,其特征在于,所述方法包括:获取机器鱼尾鳍的摆动偏角、摆动幅度和摆动频率;

确定机器鱼的能耗模型,所述机器鱼的能耗模型为

其中,

ωA为机器鱼尾鳍的摆动频率,αA为机器鱼尾鳍的摆动幅度,α0为机器鱼尾鳍的摆动偏角,t为机器鱼的运动时间,c1为机器鱼速度的有效系数,c2为机器鱼尾鳍推力的有效系数,ρ为水体密度,d为机器鱼尾鳍宽度,L为机器鱼尾鳍长度,S为机器鱼与水体的接触面积,CD为机器鱼的阻力系数;

根据所述机器鱼尾鳍的摆动偏角、摆动幅度、摆动频率以及所述机器鱼的能耗模型计算所述机器鱼运动能耗。

2.根据权利要求1所述的确定方法,其特征在于,所述确定机器鱼的能耗模型,具体包括:确定机器鱼的运动速度模型;

确定机器鱼尾鳍的推力模型;

根据所述机器鱼的运动速度模型和所述机器鱼尾鳍的推力模型,确定所述机器鱼的能耗模型。

3.根据权利要求2所述的确定方法,其特征在于,所述确定机器鱼的运动速度模型,具体包括:根据Lighthill细长体理论,确定所述机器鱼的动力学模型,所述机器鱼的动力学模型为 其中,α=α0+αA sin(ωAt),k1=mL2/(2mb),k2=L2mc/(2J),k3=KD/J,k4=Lm3/(3J),u为所述机器鱼在坐标

系下的垂直速度,v为所述机器鱼在坐标系下的水平速度,r为所述机器鱼在坐标系下的翻转速度,α为所述机器鱼尾鳍的摆动角度,m为所述机器鱼尾鳍单位长度的质量,mb为所述机器鱼的质量,c为所述机器鱼尾鳍距离所述机器鱼鱼体中心的距离,J为所述机器鱼的转动惯量,KD为所述机器鱼的阻力矩系数;

根据所述机器鱼的动力学模型,确定所述机器鱼的加速度,所述机器鱼的加速度为其中,V为所述机器鱼的速度,V=v/sinβ=u/cosβ;

根据所述机器鱼的加速度,确定所述机器鱼匀速运动时的运动速度模型,所述运动速度模型为 其中,

4.根据权利要求2所述的确定方法,其特征在于,所述确定机器鱼尾鳍的推力模型,具体包括:根据Lighthill细长体理论,确定所述机器鱼匀速运动时所述机器鱼尾鳍的推力模型,所述机器鱼尾鳍的推力模型为

5.根据权利要求2所述的确定方法,其特征在于,所述根据所述机器鱼的运动速度模型和所述机器鱼尾鳍的推力模型,确定所述机器鱼的能耗模型,具体包括:根据公式E(ωA,αA,α0,t)=∫F(ωA,αA,α0)·V(ωA,αA,α0)dt确定所述机器鱼的能耗模型,所述机器鱼的能耗模型为

6.一种鱼鳍推进式机器鱼运动能耗的确定系统,其特征在于,所述系统包括:参数获取模块,用于获取机器鱼尾鳍的摆动偏角、摆动幅度和摆动频率;

能耗模型确定模块,用于确定机器鱼的能耗模型,所述机器鱼的能耗模型为其中,ωA为机器鱼尾鳍的摆动频率,αA为机器鱼尾鳍的摆动幅度,α0为机器鱼尾鳍的摆动偏角,t为机器鱼的运动时间,c1为机器鱼速度的有效系数,c2为机器鱼尾鳍推力的有效系数,ρ为水体密度,d为机器鱼尾鳍宽度,L为机器鱼尾鳍长度,S为机器鱼与水体的接触面积,CD为机器鱼的阻力系数;

能耗计算模块,用于根据所述机器鱼尾鳍的摆动偏角、摆动幅度、摆动频率以及所述机器鱼的能耗模型计算所述机器鱼运动能耗。

7.根据权利要求6所述的确定系统,其特征在于,所述能耗模型确定模块,具体包括:运动速度模型确定单元,用于确定机器鱼的运动速度模型;

推力模型确定单元,用于确定机器鱼尾鳍的推力模型;

能耗模型确定单元,用于根据所述机器鱼的运动速度模型和所述机器鱼尾鳍的推力模型,确定所述机器鱼的能耗模型。

8.根据权利要求7所述的确定系统,其特征在于,所述运动速度模型确定单元,具体包括:动力学模型确定子单元,用于根据Lighthill细长体理论,确定所述机器鱼的动力学模型,所述机器鱼的动力学模型为 其中,α=α0+αA sin(ωAt),k1=mL2/(2mb),k2=L2mc/(2J),k3=KD/J,k4=Lm3/(3J),u为所述机器鱼在坐标系下的垂直速度,v为所述机器鱼在坐标系下的水平速度,r为所述机器鱼在坐标系下的翻转速度,α为所述机器鱼尾鳍的摆动角度,m为所述机器鱼尾鳍单位长度的质量,mb为所述机器鱼的质量,c为所述机器鱼尾鳍距离所述机器鱼鱼体中心的距离,J为所述机器鱼的转动惯量,KD为所述机器鱼的阻力矩系数;

加速度确定子单元,用于根据所述机器鱼的动力学模型,确定所述机器鱼的加速度,所述机器鱼的加速度为 其中,V为所述机器鱼的速度,V=v/sinβ=u/cosβ;

运动速度模型确定子单元,用于根据所述机器鱼的加速度,确定所述机器鱼匀速运动时的运动速度模型,所述运动速度模型为其中,

9.根据权利要求7所述的确定系统,其特征在于,所述推力模型确定单元,具体包括:推力模型确定子单元,用于根据Lighthill细长体理论,确定所述机器鱼匀速运动时所述机器鱼尾鳍的推力模型,所述机器鱼尾鳍的推力模型为

10.根据权利要求7所述的确定系统,其特征在于,所述能耗模型确定单元,具体包括:能耗模型确定子单元,根据公式E(ωA,αA,α0,t)=∫F(ωA,αA,α0)·V(ωA,αA,α0)dt确定所述机器鱼的能耗模型,所述机器鱼的能耗模型为