较硬翅片的弯曲减少,改变了翅片推进力的方向

【较硬翅片的弯曲减少,改变了翅片推进力的方向】

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对于在相同的拍动频率和流速下运行的不同刚度的翅片 , 翅片射线弯曲随着翅片射线刚度的增加而减小在这些情况下 , 较硬翅片产生的力不会像翅片的弯曲阻力那样迅速增加 , 因此弯曲不会随着力的增加而增加 。 较硬翅片的弯曲减少也改变了翅片推进力的方向 , 这也可以解释为什么对于更柔顺的翅片来说 , 在出行程期间的峰值推力通常更大 。

尽管平均二维力随着翅片刚度的增加而增加 , 但较硬的翅片在伸出行程期间不会向后弯曲太多 , 因此不会在伸出行程期间向后推动气流以产生推力 。   因此 , 大部分二维力是横向定向的 。 如果加上额外的信息 , 弯曲的鳍射线可以提供有关当前推进力的大量信息 。 虽然鳍射线弯曲不直接与鳍力成比例 , 但如果已知鳍射线刚度 , 可以从鳍弯曲的变化来理解力大小的变化 。

此外 , 单鳍射线的曲率提供了一些关于力的方向 。 人们相信 , 通过检测更多的鳍射线并开发一个可以确定整个鳍曲率的模型 , 可以在整个鳍的跳动中找到推进力作用于流体的方向开发了翻车鱼胸鳍和鳍感觉运动系统的生物机器人模型 , 并证明它是研究基于生物学的感觉信息与鳍推进力之间关系的非常有效的工具 。 这些关系对于确定潜在感觉信息与胸鳍运动和力量的相关性以及深入了解鱼如何在胸鳍控制中使用感觉信息是必要的 。

这种第一代鳍能够在稳定的游泳和机动步态中产生类似于翻车鱼鳍的运动和力量 , 并且可以通过独立控制其五个鳍射线的运动学来调节推进力 。 机器鳍的初始感觉配置基于鱼的侧线和初步数据 , 这些数据表明胸鳍对弯曲有内在的感觉反应 。 实时控制器用于数据采集和控制计算 , 并且可以配置专用现场可编程门阵列 , 用于在线并行处理驱动鳍条运动的控制回路外部的感官信息 。 这种结构允许开发源自鱼类感觉运动系统架构的传感器融合和控制策略 。

这种生物机器人鳍模型产生的力与使用鱼和以前的生物机器人鳍的数值模型和实验研究预测的力一致 。 这些数据是稳定游泳期间胸鳍横向力的首次生物机器人测量 。 以前 , 只测量了推力和升力 。  与升力一样 , 侧向力随着拍动频率和鳍刚度的增加而增加 , 并且其大小与推力的数量级相同 。 推进力滞后于电机命令和鳍的运动 。 部分延迟是由于电机对其命令输入的响应延迟 , 另一部分是由于肌腱在拉动加载的鳍条时的张紧和松弛 。



延迟的这些组件可以通过设计更改来减少 , 但不能完全消除 , 并且与生物系统中由于传感器处理和沿神经的信号传输而发现的延迟相对应 。 延迟中更有趣的部分是由于灵活的鳍 。 这项初步研究的结果支持延迟的这一部分随着鳍拍打频率的增加而减少 , 但并没有像预期的那样随着顺应性的增加而可靠地增加 。



据信延迟确实随着柔顺性的增加而增加 , 但由于产生的力也随着柔顺性的增加而减少 , 肌腱拉伸也减少 , 因此以相反的方式影响延迟 。 必须理解和建模这些延迟 , 以及它们如何随运行条件而变化从而可以设计反馈控制器以减少延迟对输出误差的影响 。 沿鳍体板流动的压力以及鳍背半部鳍条的弯曲与鳍产生的随时间变化的力密切相关 。

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