使用变分框架对机器鱼弹性体动力学进行建模

受鱼类启发的水下机器人因柔性身体产生波状运动从而实现高游速和高效推进，在海洋机器人社区中正受到越来越多的关注。为了支持此类系统的设计优化与控制，对底层游泳动力学进行准确、可解释且计算上易于处理的建模是不可或缺的。在本信中，我们提出了一个由电机驱动的机器鱼全身动力学模型，该模型严格基于哈密顿原理推导得出。该模型捕捉了经历大变形的可变形鱼体的连续分布弹性，并纳入了流固耦合效应，从而无需预设运动学即可实现自主推进。初步的开环仿真研究了驱动频率和身体刚度如何影响机器鱼的游速和能量效率。闭环仿真进一步评估了刚度分布如何影响控制器的速度跟踪性能和能量效率。结果表明，当将刚度视为设计变量时，该模型在软体游泳机器人的性能评估和控制优化方面具有潜力。