由于鱼鳍可以主动调节鳍条射线的刚度，因此鳍弯曲和鳍力之间的关系不是一成不变的
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由于鱼鳍可以主动调节鳍条射线的刚度 ， 因此鳍弯曲和鳍力之间的关系不是一成不变的 。 然而 ， 鳍射线的曲率确实决定了鳍的形状 ， 因此也决定了推进力的方向 。 这项初步调查的结果是更清楚地了解鳍如何“感觉”它与水的相互作用 。 这是了解来自多种感官模式的哪些信息与控制鳍运动和产生有用力有关的第一步 。 管理目标是开发一个生物机器人系统 ， 该系统是研究鳍的闭环感觉运动控制的有效实验工具 。
为了实现这一点 ， 系统必须产生和感知与生物鳍控制相关的物理和流体现象 ， 并具有允许探索感知、学习和控制策略的物理和计算架构 。 基于这些功能要求 ， 系统架构被定义为包括一个灵活的鳍状胸鳍、一套传感器和一个能够进行数据采集、信号处理、控制计算和提供电机控制输出的可扩展控制器.生物机器人鳍必须产生与生物鳍相似的运动、力和流动 ， 并且必须具有调整单个鳍射线的运动和特性的能力 。
这为鳍的闭环控制提供了适当的机械和流体动力学信息 ， 并使鳍能够响应感官信息的变化和更高级别的监督命令 。 最初 ， 一个可以执行稳定游泳和转动步态并且可以测量推进力的单鳍被确定为足够的测试平台 。 这将允许研究侧线和固有鳍传感器在胸鳍控制中的作用 。 最终 ， 研究人员的目标是构建两个连接到一个系统的胸鳍 ， 该系统可以自由游泳、悬停和改变方向以响应环境扰动 。
这将允许在控制胸鳍时考虑前庭输入 ， 并且对于鳍在控制鱼体中的作用有待探讨 。 鳍的设计基于先前开发的机器人胸鳍 ， 用于执行适合稳定游泳和偏航转的运动 。 原始系统单独处理步态模式 ， 因此需要对新鳍进行重新设计 ， 以产生更复杂的运动和机动以及稳定的推进力 。 在所有情况下 ， 鳍的形状、机械性能和运动都源自生物鳍 。 生物机器人鳍使用五个鳍条来支撑和移动形状像生物鳍的弹性织带 。
鳍的线性尺寸大约是生物胸鳍的四倍 。 鳍条的横截面从底部到尖端逐渐变细 ， 从而使鳍条的抗弯刚度与从生物鳍上测量的值成比例 。 这使得机器人鳍在其弦和跨度上具有与生物鳍相似的弯曲特性 ， 并且已被证明对机器人鳍产生适当推进力的能力产生重大影响 ， 尤其是在鳍伸出时的推力 。 翻车鱼有能力主动加强它们的鳍条 ， 但由于实现主动控制刚度所需的机制很复杂 ， 所以它不包括在这个初始设计中 。
以前的实现能够控制鳍片的曲率 ， 但不能可靠地调节刚度 。 相反 ， 通过更换鳍射线来调整鳍的刚度 。 为了近似稳定游泳和轮流中使用的运动学 ， 五个鳍条中的每条都可以在扫掠中驱动 。 这允许在织带平面内进行膨胀、收缩和旋转 ， 以创建二维旋转路径 。 每个鳍片都安装在一个铰链上 ， 可以向前和向后扫掠 ， 铰链安装在一个铝制圆柱体中 ， 可以横向旋转 。
【由于鱼鳍可以主动调节鳍条射线的刚度，因此鳍弯曲和鳍力之间的关系不是一成不变的】鳍射线底座通过穿过铝制圆柱体中心的低拉伸肌腱驱动 ， 以减少扫掠和横向运动之间的耦合 。 肌腱通过心轴弯曲的铝管连接到伺服电机 。 这使肌腱可以顺利地绕过鳍片结构 ， 并大大简化了肌腱的张紧和包装 。 肌腱使用数字伺服电机驱动 ， 具有足够的扭矩和速度以超过二赫兹的频率拍打鳍 。 功能要求目的是模拟参与鳍的闭环控制的生物感觉系统的功能性能 。 鱼有许多外在的 ， 也可能是内在的感觉系统 ， 对于鳍的织带和肌肉组织 。
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