基于IPMC的仿生鳐鱼运动机理与控制方法研究

常规水下推进器存在运动效率低、结构尺寸大、机动性和隐蔽性差等缺点，因此，新型水下推进方式成为目前的研究热点。本课题从仿生学角度出发，针对仿生鳐鱼的运动机理与控制方法展开研究工作。从结构仿生入手，研究鳐鱼鱼体和胸鳍的材质、形态、结构和运动方式；以运动仿生为基础，研究鳐鱼多种运动模式下的波动形态，归纳总结鳐鱼胸鳍的波动运动规律和两侧胸鳍的协调运动机制；分析鳐鱼波动运动的推进力产生机理，建立波动特征与推进力的关系。研究IPMC材料的驱动和传感特性，研制IPMC驱动单元，提出多单元组合驱动的仿生鳐鱼设计思路。以控制仿生为目标，利用IPMC的驱动传感特性，研究驱动单元的闭环控制方法；利用CPG模型控制多个IPMC驱动单元协调运动，实现仿生鳐鱼多种运动模式的控制。本课题涉及生物、仿生、材料、控制等多个学科，研究成果将为高效、小尺寸、高机动性和高隐蔽性的新型水下推进器的研制提供必要的理论和技术基础。