一种新型仿生张拉结构连续体机器鱼的设计与分析 | MDPI Biomimetics

本文受鱼类BCF推进模式与肌肉刚度调节机制启发，针对传统多关节机器鱼控制复杂、刚度单一以及现有刚度调节机构冗余等问题，提出一种基于张拉整体结构的仿生机器鱼设计方案。研究背景是水下机器人的仿生设计需求，目的是通过模块化张拉结构单元构建连续柔性躯体，实现仿鱼波动推进与在线刚度调控。主要工作包括：构建由刚性杆、预紧弹簧与驱动线缆组成的张拉整体单元，通过4个模块化单元串联形成连续体尾部；建立数学模型分析张拉整体结构弯曲特性；开展空载振荡与负载变形实验验证刚度调节能力；研制样机并探究频率、振幅及刚度等参数对游动性能的影响。结论表明，刚度调控可有效提升机器鱼游动性能，所研制仿生机器鱼最高游速达295 mm/s（0.84 BL/s），最小转弯半径仅230 mm（0.68 BL），验证了张拉整体结构用于仿鱼波动推进与刚度调节的有效性，为新型仿生水下机器人设计提供新思路。