CN106503409B - 一种机器鱼尾鳍运动能耗建模方法及系统 - Google Patents
一种机器鱼尾鳍运动能耗建模方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106503409B CN106503409B CN201611115701.5A CN201611115701A CN106503409B CN 106503409 B CN106503409 B CN 106503409B CN 201611115701 A CN201611115701 A CN 201611115701A CN 106503409 B CN106503409 B CN 106503409B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- machine
- fishtail fin
- energy consumption
- fin
- machine fishtail
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/30—Circuit design
- G06F30/36—Circuit design at the analogue level
- G06F30/367—Design verification, e.g. using simulation, simulation program with integrated circuit emphasis [SPICE], direct methods or relaxation methods
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/06—Power analysis or power optimisation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Geometry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
本发明公开了一种机器鱼尾鳍运动能耗建模方法及系统。该方法包括:获取机器鱼尾鳍摆动频率;获取机器鱼尾鳍摆动幅度;获取机器鱼尾鳍摆动偏角;根据机器鱼尾鳍摆动频率、机器鱼尾鳍摆动幅度与机器鱼尾鳍单位时间运动能耗之间的关系公式,计算机器鱼匀速直线运动的能耗;根据机器鱼尾鳍摆动频率、机器鱼尾鳍摆动幅度、摆动偏角与所述机器鱼尾鳍单位时间运动能耗之间的关系公式,计算机器鱼转弯运动的能耗。本发明提供的机器鱼尾鳍运动能耗建模方法及系统,将机器鱼尾鳍的摆动频率、幅度和偏角与机器鱼尾鳍的运动能耗联系起来,该模型具有实时性强、精度高的特点,能够为机器鱼的路径规划与移动能源管理提供具有实用意义的参考。
Description
技术领域
本发明涉及建模领域,特别是涉及一种机器鱼尾鳍运动能耗建模方法及系统。
背景技术
现有技术中,在对机器鱼的运动进行研究时,往往需要计算机器鱼尾鳍的能耗,计算公式往往采用E=UIt这一公式计算,每当改变一次机器鱼尾鳍姿态,均要对机器鱼尾鳍处的电压、电流进行检测,进而计算出机器鱼尾鳍的能耗,但由于机器鱼尾鳍的姿态是经常变化的,这使得检测变得频繁,这种方式不仅耗时,而且,精度不高,不能为机器鱼的路径规划与移动能源管理提供具有实用意义的参考。
发明内容
本发明的目的是提供一种机器鱼尾鳍运动能耗建模方法及系统,根据机器鱼尾鳍的摆动频率、幅度和偏角计算机器鱼尾鳍的运动能耗,为机器鱼的路径规划与移动能源管理提供具有实用意义的参考。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种机器鱼尾鳍运动能耗建模方法,所述方法包括:
获取机器鱼尾鳍摆动频率;
获取机器鱼尾鳍摆动幅度;
获取机器鱼尾鳍摆动偏角;
根据所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗之间的关系公式,计算所述机器鱼匀速直线运动的能耗;
根据所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度、摆动偏角与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗之间的关系公式,计算所述机器鱼转弯运动的能耗。
可选的,在所述获取机器鱼尾鳍摆动频率之前,还包括:
在所述机器鱼做匀速直线运动时,每隔设定时间获取一次机器鱼尾鳍摆动频率和机器鱼尾鳍摆动幅度,并计算所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗;
对所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗三者的关系进行曲线拟合,得到所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗之间的关系公式;
在所述机器鱼做转弯运动时,每隔设定时间获取一次机器鱼尾鳍摆动频率、机器鱼尾鳍摆动幅度和机器鱼尾鳍摆动偏角,并计算所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗;
对所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度、所述机器鱼尾鳍摆动偏角与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗之间的关系进行曲线拟合,得到所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度、摆动偏角与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗之间的关系公式。
可选的,所述根据所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗之间的关系公式,计算所述机器鱼匀速直线运动的能耗,具体包括:
根据公式计算所述机器鱼匀速直线运动的耗能,其中,ESS-L为所述机器鱼匀速直线运动距离S所消耗的能量,Eonesecond-L为单位时间内所述机器鱼尾鳍的能耗,VL为所述机器鱼匀速游动的速度,
P00,P10,P01,P20,P11,P02,P30,P21,P12,P03,P40,P31,P22,P13,P04,P50,P41,P32,P23,P14为尾鳍摆动频率为1HZ时尾鳍能耗的各展开项的系数,P′00,P′10,P′01,P′20,P′11,P′02,P′30,P′21,P′12,P′03,P′40,P′31,P′22,P′13,P′04,P′41,P′32,P′23,P′14,P′05为直线运动时,机器鱼直线速度各展开项的系数,aA为机器鱼尾鳍摆动幅度,f为机器鱼尾鳍摆动频率。
可选的,所述根据所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度、摆动偏角与所述机器鱼尾鳍单位时间内运动能耗之间的关系公式,计算所述机器鱼转弯运动的能耗,具体包括:
根据公式计算所述机器鱼转弯运动的耗能,其中,ESS-C为所述机器鱼转过弧长为的弯所消耗的能量,Eonesecond-C为单位时间内所述机器鱼的能耗,VC为所述机器鱼的线速度,R=P1a0 3+P2a0 2+P3a0+P4,LAB为转弯起点与转弯终点之间的距离,a0为所述机器鱼尾鳍摆动偏角,Eonesecond-C=P00+P10f+P01aA+P20f2+P11aAf+P02a0,P1,P2,P3,P4、P00,P10,P01,P11,P02,P20、P0′,P1′,P2′,P3′,P4′,P5′,P6′,P7′,P8′为系数,aA为机器鱼尾鳍摆动幅度,f为机器鱼尾鳍摆动频率。
本发明还提供了一种机器鱼尾鳍运动能耗建模系统,所述系统包括:
摆动频率获取单元,用于获取机器鱼尾鳍摆动频率;
摆动幅度获取单元,用于获取机器鱼尾鳍摆动幅度;
摆动偏角获取单元,用于获取机器鱼尾鳍摆动偏角;
直线运动能耗计算单元,用于根据所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗之间的关系公式,计算所述机器鱼匀速直线运动的能耗;
转弯运动能耗计算单元,用于根据所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度、摆动偏角与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗之间的关系公式,计算所述机器鱼转弯运动的能耗。
可选的,所述系统还包括:
第一参数获取单元,用于在所述机器鱼做匀速直线运动时,每隔设定时间获取一次机器鱼尾鳍摆动频率和机器鱼尾鳍摆动幅度,并计算所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗;
第一曲线拟合单元,用于对所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗三者的关系进行曲线拟合,得到所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗之间的关系公式;
第二参数获取单元,用于在所述机器鱼做转弯运动时,每隔设定时间获取一次机器鱼尾鳍摆动频率、机器鱼尾鳍摆动幅度和机器鱼尾鳍摆动偏角,并计算所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗;
第二曲线拟合单元,用于对所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度、所述机器鱼尾鳍摆动偏角与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗之间的关系进行曲线拟合,得到所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度、摆动偏角与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗之间的关系公式。
可选的,所述直线运动能耗计算单元具体包括:
直线运动能耗计算子单元,用于根据公式计算所述机器鱼匀速直线运动的能耗,其中,ESS-L为所述机器鱼匀速直线运动距离S所消耗的能量,Eonesecond-L为单位时间内所述机器鱼的能耗,VL为所述机器鱼匀速游动的速度, P00,P10,P01,P20,P11,P02,P30,P21,P12,P03,P40,P31,P22,P13,P04,P50,P41,P32,P23,P14为尾鳍摆动频率为1HZ时尾鳍能耗的各展开项的系数,P′00,P′10,P′01,P′20,P′11,P′02,P′30,P′21,P′12,P′03,P′40,P′31,P′22,P′13,P′04,P′41,P′32,P′23,P′14,P′05为直线运动时,机器鱼直线速度各展开项的系数,aA为机器鱼尾鳍摆动幅度,f为机器鱼尾鳍摆动频率。
可选的,所述转弯运动能耗计算单元具体包括:
转弯运动能耗计算子单元,用于根据公式计算所述机器鱼转弯运动的能耗,其中,ESS-C为所述机器鱼转过弧长为的弯所消耗的能量,Eonesecond-C为单位时间内所述机器鱼的能耗,VC为所述机器鱼的线速度,R=P1a0 3+P2a0 2+P3a0+P4,LAB为转弯起点与转弯终点之间的距离,a0为所述机器鱼尾鳍摆动偏角,Eonesecond-C=P00+P10f+P01aA+P20f2+P11aAf+P02a0,P1,P2,P3,P4、P00,P10,P01,P11,P02,P20、P0′,P1′,P2′,P3′,P4′,P5′,P6′,P7′,P8′为系数,aA为机器鱼尾鳍摆动幅度,f为机器鱼尾鳍摆动频率。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:本发明提供的机器鱼尾鳍运动能耗建模方法及系统,根据机器鱼尾鳍的摆动频率、幅度和偏角计算机器鱼尾鳍的运动能耗,由于机器鱼尾鳍的摆动频率、幅度和偏角由人为设定,无需现场检测,节约了时间,而且,本发明采用拟合的方式得到了机器鱼尾鳍的摆动频率、幅度和偏角三个参数与机器鱼尾鳍的运动能耗的关系,具有很高的精度,为机器鱼的路径规划与移动能源管理提供具有实用意义的参考。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例机器鱼尾鳍运动能耗建模方法流程示意图;
图2为本发明实施例机器鱼尾鳍运动能耗建模系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种根据机器鱼尾鳍的摆动频率、幅度和偏角计算机器鱼尾鳍的运动能耗的模型,该模型具有实时性强、精度高的优势。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例机器鱼尾鳍运动能耗建模方法流程示意图,如图1所示,该方法的具体步骤如下:
步骤101:获取机器鱼尾鳍摆动频率;
步骤102:获取机器鱼尾鳍摆动幅度;
步骤103:获取机器鱼尾鳍摆动偏角;
步骤104:根据所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗之间的关系公式,计算所述机器鱼匀速直线运动的能耗;
步骤105:根据所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度、摆动偏角与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗之间的关系公式,计算所述机器鱼转弯运动的能耗。
在步骤101之前,还包括所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗之间的关系公式、所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度、摆动偏角与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗之间的关系公式的拟合计算,具体为:
在所述机器鱼做匀速直线运动时,每隔设定时间获取一次机器鱼尾鳍摆动频率和机器鱼尾鳍摆动幅度,并计算所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗,该处机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗可以根据传统的公式E=UIT计算;
对所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗三者的关系进行曲线拟合,得到所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗之间的关系公式;
在所述机器鱼做转弯运动时,每隔设定时间获取一次机器鱼尾鳍摆动频率、机器鱼尾鳍摆动幅度和机器鱼尾鳍摆动偏角,并计算所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗,该处机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗可以根据传统的公式E=UIT计算;
对所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度、所述机器鱼尾鳍摆动偏角与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗之间的关系进行曲线拟合,得到所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度、摆动偏角与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗之间的关系公式。
以长为295mm,宽为120mm,高为170mm,重为2.5Kg的单关节机器鱼作为研究对象。当机器鱼尾鳍摆动频率小于1Hz时,机器鱼几乎不游动;当尾鳍摆动频率大于2.5Hz时,尾鳍摆动过快会导致机器鱼鱼体晃动严重,因此,本文设定机器鱼尾鳍摆动频率范围为1Hzˉ2.5Hz。
为更加准确的获得机器鱼尾鳍在摆动过程中一个周期内消耗的电流,采用线性拟合的方法对一个周期内的电流数据进行拟合。
尾鳍能耗测量电路每隔2ms采集舵机的电流值,并在每2ms内进行线性拟合,其拟合函数为:
其中,ik——对应tk时刻的电流值,k=0,…,499;
Ik(t)——在相邻时刻(tk,tk+1)间,通过线性拟合在t时刻获得的电流。
则尾鳍在(tk,tk+1)内消耗的能量Wk为:
其中,U——舵机两端的工作电压;
因此,尾鳍在1s内所消耗的能量Eonesecond为:
因此,尾鳍摆动频率为1Hz所消耗的能量Eonesecond,从而得到机器鱼尾鳍在任意时间t内的运动能耗ESS为:
ESS=t×Eonesecond (4)
其中,步骤104具体包括:
根据公式计算所述机器鱼匀速直线运动的能耗,其中,ESS-L为所述机器鱼匀速直线运动距离S所消耗的能量,Eonesecond-L为单位时间内所述机器鱼的能耗,VL为所述机器鱼匀速游动的速度,
P00,P10,P01,P20,P11,P02,P30,P21,P12,P03,P40,P31,P22,P13,P04,P50,P41,P32,P23,P14为尾鳍摆动频率为1HZ时尾鳍能耗的各展开项的系数,P′00,P′10,P′01,P′20,P′11,P′02,P′30,P′21,P′12,P′03,P′40,P′31,P′22,P′13,P′04,P′41,P′32,P′23,P′14,P′05为直线运动时,机器鱼直线速度各展开项的系数,P00=130.6,P10=-368.3,P01=-5.16,P20=398.1,P11=12.71,P02=0.05409,P30=-205.8,P21=-10.57,P12=-0.1773,P03=0.001434,P40=55.41,P31=2.77,P22=0.1748,P13=-0.001251,P04=-2.145e-005,P50=-6.334,P41=-0.2167,P32=-0.02824,P23=-0.0006708,P14=2.517e-005;P00'=20.46,P10'=20.78,P01'=-4.221,P20'=94.47,P11'=-12.16,P02'=0.5728,P30'=-64.64,P21'=0.01504,P12'=0.6039,P03'=-0.02825,P40'=11.29,P31'=2.136,P22'=-0.1484,P13'=-0.008354,P04'=0.0005524,P41'=-0.3927,P32'=0.001913,P23'=0.001457,P14'=3.289e-005,P05'=-3.808e-006,aA为机器鱼尾鳍摆动幅度,f为机器鱼尾鳍摆动频率。
步骤105具体包括:
根据公式计算所述机器鱼转弯运动的能耗,其中,ESS-C为所述机器鱼转过弧长为的弯所消耗的能量,Eonesecond-C为单位时间内所述机器鱼的耗能,VC为所述机器鱼的线速度,R=P1a0 3+P2a0 2+P3a0+P4,LAB为转弯起点与转弯终点之间的距离,a0为所述机器鱼尾鳍摆动偏角,Eonesecond-C=P00+P10f+P01aA+P20f2+P11aAf+P02a0,P1,P2,P3,P4、P00,P10,P01,P11,P02,P20、P0′,P1′,P2′,P3′,P4′,P5′,P6′,P7′,P8′为系数,P1=0.005,P2=-0.407,P3=8.556,P4=31.18;P00=1.0842,P10=-1.2866,P01=-0.0240,P20=31.18,P11=0.0404,P02=0.0018;P0'=-7.0368,P1'=0.2307,P2'=0.6714,P3'=-0.0007,P4'=-0.0097,P5'=-0.0125,P6'=-4.7616,P7'=-0.0966,P8'=0.2960;aA为机器鱼尾鳍摆动幅度,f为机器鱼尾鳍摆动频率。
本发明提供的建模方法以尾鳍摆动的运动参数偏转角、幅值和频率三个参数作为研究对象,逐一分析每个参数对能耗的影响,拟合得到带有上述三个参数的耗能计算公式,将机器鱼尾鳍能耗与尾鳍的运动参数关联起来,可更加直观地了解运动参数(偏转角、幅值和频率)对能耗的影响,根据曲线拟合得到的公式,可以带入参数对耗能进行计算,无需对耗能进行测量,实时性强,且与现有技术中耗能的计算方法相比,本发明提供的耗能模型精度更高,能够为机器鱼的路径规划与移动能源管理提供具有实用意义的参考。
为达到上述目的,本发明还提供了一种机器鱼尾鳍运动能耗建模系统,图2为本发明实施例机器鱼尾鳍运动能耗建模系统结构示意图,如图2所示,该系统包括:
摆动频率获取单元201,用于获取机器鱼尾鳍摆动频率;
摆动幅度获取单元202,用于获取机器鱼尾鳍摆动幅度;
摆动偏角获取单元203,用于获取机器鱼尾鳍摆动偏角;
直线运动能耗计算单元204,用于根据所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗之间的关系公式,计算所述机器鱼匀速直线运动的能耗;
转弯运动能耗计算单元205,用于根据所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度、摆动偏角与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗之间的关系公式,计算所述机器鱼转弯运动的能耗。
所述系统还包括:
第一参数获取单元,用于在所述机器鱼做匀速直线运动时,每隔设定时间获取一次机器鱼尾鳍摆动频率和机器鱼尾鳍摆动幅度,并计算所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗;
第一曲线拟合单元,用于对所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗三者的关系进行曲线拟合,得到所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗之间的关系公式;
第二参数获取单元,用于在所述机器鱼做转弯运动时,每隔设定时间获取一次机器鱼尾鳍摆动频率、机器鱼尾鳍摆动幅度和机器鱼尾鳍摆动偏角,并计算所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗;
第二曲线拟合单元,用于对所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度、所述机器鱼尾鳍摆动偏角与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗之间的关系进行曲线拟合,得到所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度、摆动偏角与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗之间的关系公式。
其中,所述直线运动能耗计算单元204具体包括:
直线运动能耗计算子单元,用于根据公式计算所述机器鱼匀速直线运动的能耗,其中,ESS-L为所述机器鱼匀速直线运动距离S所消耗的能量,Eonesecond-L为单位时间内所述机器鱼的能耗,VL为所述机器鱼匀速游动的速度,
P00,P10,P01,...,P32,P23,P14、P00',P10',P01',...,P32',P23',P14'均为系数,aA为机器鱼尾鳍摆动幅度,f为机器鱼尾鳍摆动频率。
所述转弯运动能耗计算单元205具体包括:
转弯运动能耗计算子单元,用于根据公式计算所述机器鱼转弯运动的能耗,其中,ESS-C为所述机器鱼转过弧长为的弯所消耗的能量,Eonesecond-C为单位时间内所述机器鱼的能耗,VC为所述机器鱼的线速度,R=P1a0 3+P2a0 2+P3a0+P4,LAB为转弯起点与转弯终点之间的距离,a0为所述机器鱼尾鳍摆动偏角,Eonesecond-C=P00+P10f+P01aA+P20f2+P11aAf+P02a0,P1,P2,P3,P4、P00,P10,P01,P20,P11,P02,P30,P21,P12,P03,P40,P31,P22,P13,P04,P50,P41,P32,P23,P14为尾鳍摆动频率为1HZ时尾鳍能耗的各展开项的系数,P′00,P′10,P′01,P′20,P′11,P′02,P′30,P′21,P′12,P′03,P′40,P′31,P′22,P′13,P′04,P′41,P′32,P′23,P′14,P′05为直线运动时,机器鱼直线速度各展开项的系数,aA为机器鱼尾鳍摆动幅度,f为机器鱼尾鳍摆动频率。
本发明提供的建模系统以尾鳍摆动的运动参数偏转角、幅值和频率三个参数作为研究对象,逐一分析每个参数对能耗的影响,拟合得到带有上述三个参数的耗能计算公式,将机器鱼尾鳍能耗与尾鳍的运动参数关联起来,可更加直观地了解运动参数(偏转角、幅值和频率)对能耗的影响,根据曲线拟合得到的公式,可以带入参数对耗能进行计算,无需对耗能进行测量,实时性强,且与现有技术中耗能的计算方法相比,本发明提供的耗能模型精度更高,能够为机器鱼的路径规划与移动能源管理提供具有实用意义的参考。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (4)
1.一种机器鱼尾鳍运动能耗建模方法,其特征在于,所述方法包括:
获取机器鱼尾鳍摆动频率;
获取机器鱼尾鳍摆动幅度;
获取机器鱼尾鳍摆动偏角;
根据公式计算所述机器鱼匀速直线运动的耗能,其中,ESS-L为所述机器鱼匀速直线运动距离S所消耗的能量,Eonesecond-L为单位时间内所述机器鱼尾鳍的能耗,VL为所述机器鱼匀速游动的速度,
根据公式计算所述机器鱼转弯运动的耗能,其中,ESS-C为所述机器鱼转过弧长为的弯所消耗的能量,Eonesecond-C为单位时间内所述机器鱼的能耗,VC为所述机器鱼的线速度,R=P1a0 3+P2a0 2+P3a0+P4,LAB为转弯起点与转弯终点之间的距离,a0为所述机器鱼尾鳍摆动偏角,Eonesecond-C=P00+P10f+P01aA+P20f2+P11aAf+P02a0,
P00,P10,P01,P20,P11,P02,P30,P21,P12,P03,P40,P31,P22,P13,P04,P50,P41,P32,P23,P14为尾鳍摆动频率为1HZ时尾鳍能耗的各展开项的系数;
P'00,P'10,P'01,P'20,P'11,P'02,P'30,P'21,P'12,P'03,P'40,P'31,P'22,P'13,P'04,P'41,P'32,P'23,P'14,P'05为直线运动时,机器鱼直线速度各展开项的系数;P0',P1',P2',P3',P4',P5',P6',P7',P8'为转弯运动时,机器鱼线速度各展开项的系数;P1,P2,P3,P4为转弯半径各展开项的系数。
2.根据权利要求1所述的建模方法,其特征在于,在所述获取机器鱼尾鳍摆动频率之前,还包括:
在所述机器鱼做匀速直线运动时,每隔设定时间获取一次机器鱼尾鳍摆动频率和机器鱼尾鳍摆动幅度,并计算所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗;
对所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗三者的关系进行曲线拟合,得到所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗之间的关系公式;
在所述机器鱼做转弯运动时,每隔设定时间获取一次机器鱼尾鳍摆动频率、机器鱼尾鳍摆动幅度和机器鱼尾鳍摆动偏角,并计算所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗;
对所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度、所述机器鱼尾鳍摆动偏角与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗之间的关系进行曲线拟合,得到所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度、摆动偏角与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗之间的关系公式。
3.一种机器鱼尾鳍运动能耗建模系统,其特征在于,所述系统包括:
摆动频率获取单元,用于获取机器鱼尾鳍摆动频率;
摆动幅度获取单元,用于获取机器鱼尾鳍摆动幅度;
摆动偏角获取单元,用于获取机器鱼尾鳍摆动偏角;
直线运动能耗计算单元,用于根据公式计算所述机器鱼匀速直线运动的能耗,其中,ESS-L为所述机器鱼匀速直线运动距离S所消耗的能量,Eonesecond-L为单位时间内所述机器鱼的能耗,VL为所述机器鱼匀速游动的速度,
转弯运动能耗计算单元,用于根据公式计算所述机器鱼转弯运动的能耗,其中,ESS-C为所述机器鱼转过弧长为的弯所消耗的能量,Eonesecond-C为单位时间内所述机器鱼的能耗,VC为所述机器鱼的线速度,R=P1a0 3+P2a0 2+P3a0+P4,LAB为转弯起点与转弯终点之间的距离,a0为所述机器鱼尾鳍摆动偏角,
Eonesecond-C=P00+P10f+P01aA+P20f2+P11aAf+P02a0,
其中,aA为机器鱼尾鳍摆动幅度,f为机器鱼尾鳍摆动频率;
P00,P10,P01,P20,P11,P02,P30,P21,P12,P03,P40,P31,P22,P13,P04,P50,P41,P32,P23,P14为尾鳍摆动频率为1HZ时尾鳍能耗的各展开项的系数;
P'00,P'10,P'01,P'20,P'11,P'02,P'30,P'21,P'12,P'03,P'40,P'31,P'22,P'13,P'04,P'41,P'32,P'23,P'14,P'05为直线运动时,机器鱼直线速度各展开项的系数;P0',P1',P2',P3',P4',P5',P6',P7',P8'为转弯运动时,机器鱼线速度各展开项的系数;P1,P2,P3,P4为转弯半径各展开项的系数。
4.根据权利要求3所述的系统,其特征在于,所述系统还包括:
第一参数获取单元,用于在所述机器鱼做匀速直线运动时,每隔设定时间获取一次机器鱼尾鳍摆动频率和机器鱼尾鳍摆动幅度,并计算所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗;
第一曲线拟合单元,用于对所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗三者的关系进行曲线拟合,得到所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗之间的关系公式;
第二参数获取单元,用于在所述机器鱼做转弯运动时,每隔设定时间获取一次机器鱼尾鳍摆动频率、机器鱼尾鳍摆动幅度和机器鱼尾鳍摆动偏角,并计算所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗;
第二曲线拟合单元,用于对所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度、所述机器鱼尾鳍摆动偏角与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗之间的关系进行曲线拟合,得到所述机器鱼尾鳍摆动频率、所述机器鱼尾鳍摆动幅度、摆动偏角与所述机器鱼尾鳍单位时间内的运动能耗之间的关系公式。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201611115701.5A CN106503409B (zh) | 2016-12-07 | 2016-12-07 | 一种机器鱼尾鳍运动能耗建模方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201611115701.5A CN106503409B (zh) | 2016-12-07 | 2016-12-07 | 一种机器鱼尾鳍运动能耗建模方法及系统 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106503409A CN106503409A (zh) | 2017-03-15 |
CN106503409B true CN106503409B (zh) | 2019-07-02 |
Family
ID=58330678
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201611115701.5A Active CN106503409B (zh) | 2016-12-07 | 2016-12-07 | 一种机器鱼尾鳍运动能耗建模方法及系统 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106503409B (zh) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107818210B (zh) * | 2017-10-26 | 2020-10-09 | 成都信息工程大学 | 一种鱼鳍推进式机器鱼运动能耗的确定方法及系统 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103020636A (zh) * | 2012-11-16 | 2013-04-03 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于三维人体运动能耗仪的上下楼动作识别的方法 |
CN105015702A (zh) * | 2015-07-22 | 2015-11-04 | 成都信息工程大学 | 一种尾鳍推进式机器鱼能耗统计方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7865268B2 (en) * | 2004-06-24 | 2011-01-04 | Massachusetts Institute Of Technology | Mechanical fish robot exploiting vibration modes for locomotion |
-
2016
- 2016-12-07 CN CN201611115701.5A patent/CN106503409B/zh active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103020636A (zh) * | 2012-11-16 | 2013-04-03 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于三维人体运动能耗仪的上下楼动作识别的方法 |
CN105015702A (zh) * | 2015-07-22 | 2015-11-04 | 成都信息工程大学 | 一种尾鳍推进式机器鱼能耗统计方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Target Tracking with Energy Efficiency Using Robotic Fish-based Sensor Networks;Yan Shen 等;《2016 13th International Conference on Embedded Software and Systems》;20160814;引言第3段、第Ⅱ部分第5段、第Ⅲ部分的C部分 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN106503409A (zh) | 2017-03-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20070088511A1 (en) | Electromagnetic flowmeter | |
US8136412B2 (en) | Electromagnetic flowmeter | |
US7426874B2 (en) | Electromagnetic flowmeter with measuring tube | |
Sui et al. | An underwater piezoelectric energy harvester based on magnetic coupling adaptable to low-speed water flow | |
MX2019008507A (es) | Medicion de flujo. | |
US10712185B2 (en) | Magnetic-inductive flowmeter and method for operating a magnetic-inductive flowmeter | |
CN104467612A (zh) | 一种音圈电机控制方法及镜头对焦系统 | |
CN102095929B (zh) | 一种快速测量交流电信号频率的方法 | |
CN106503409B (zh) | 一种机器鱼尾鳍运动能耗建模方法及系统 | |
CN108982944A (zh) | 一种扁平导体的电流测量方法、装置、设备及存储介质 | |
CN102809687A (zh) | 一种交流电频率的数字化测量方法 | |
CN106093571A (zh) | 基于阻抗约束的判断用户侧为主谐波源的谐波溯源方法 | |
CN109901016A (zh) | 一种消除波速影响的双端测距方法 | |
CN109245655A (zh) | 无位置传感器的平面电机的动子初始位置检测方法 | |
JP2016206077A (ja) | 電磁流量計の信号抽出方法 | |
US9599494B2 (en) | Method for operating a magnetic-inductive flowmeter with improved compensation of the interfering voltage | |
RU2655621C1 (ru) | Способ определения расхода жидкости в трубопроводе | |
CN103616057A (zh) | 一种非金属容器或管道中水位测量方法及其测量装置 | |
RU2591260C1 (ru) | Электромагнитный расходомер жидких металлов | |
RU2381509C1 (ru) | Способ измерения скорости движения проводника с током | |
Yang et al. | Excitation structure design and magnetic field analysis of a new electromagnetic flowmeter based on magnetically permeable material | |
CN103018487B (zh) | 一种加速度计稳定化处理方法 | |
CN104808054B (zh) | 一种电信号频率的测量方法 | |
CN103455687B (zh) | 一种计轴传感器感应电动势的求解方法 | |
CN205120029U (zh) | 一种应用在小孔叶片检测上的感辨机构 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |