Особенности конструкции и управления подводного биоморфного робота тунниформного типа

Особенности конструкции и управления подводного биоморфного робота тунниформного типа

Митин Илья Васильевич
Балтийский федеральный университет им. Иммануила Канта (БФУ им.
И. Канта), н.с., 236041, Калининград, ул. А. Невского, д. 14, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID: 0000-0002-3278-9873

Лобов Сергей Анатольеви
 д. ф.-м. н., БФУ им. И. Канта, c.н.с., 236041, Калининград, ул. А. Невского, д. 14, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID: 0000-0002-3689-6035

Щур Николай Алексеевич
к.ф.-м.н., Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики (ЦНИИ РТК), математик, 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., д. 21, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., RecearcherID: AAH-8421-2019

Попов Александр Владимирович
к.т.н., ЦНИИ РТК, Заместитель директора по научной работе, 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., д. 21, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID: 0000-0001-6484-4411

Казанцев Виктор Борисович
БФУ им. И. Канта, в.н.с., 236041, Калининград, ул. А. Невского, д. 14; ЦНИИ РТК, 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., д. 21, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., RecearcherID: L-1424-2013

Материал поступил в редакцию 19 декабря 2023 года.

Аннотация
В статье описывается конструкция и основные динамические характеристики подводного аппарата биоморфного (рыбоподобного) типа, реализующего тунниформный тип локомоции для перемещения под водой. Корпус аппарата выполнен на основе цифровой модели тела желтоперового тунца. Движение обеспечивается приводным устройством, имитирующим работу хвостового плавника рыбы. Управление движением робота по поверхности и с погружением на небольшую глубину осуществляется с помощью системы дистанционного управления, позволяющего изменять динамические характеристики (амплитуду и частоту) колебаний хвоста. В экспериментальном исследовании получены зависимости скорости перемещения и энергопотребления робота в зависимости от этих характеристик. В теоретическом исследовании была получена вычислительная модель робота на основе решения уравнений гидродинамики. В компьютерном моделировании плавания с использованием метода деформирующихся сеток получено хорошее соответствие с экспериментальными данными. Кроме того, исследованы гидродинамические характеристика потока при движении робота, а также объяснены различные особенности колебаний элементов корпуса робота при движении в жидкости.

Ключевые слова
Рыба-робот, биоморфные системы, тунниформное плавание, плавание рыб, автономные подводные аппараты.

Благодарности
Математическое моделирование было выполнено при поддержке ГЗ Минобрнауки России на 2023 год «Исследование путей создания и областей возможного применения биоморфных подводных роботов» (FNRG-2022-0013 1021060307689-7-1.2.1;2.2.2 № 075-01595-23-00).

DOI
10.31776/RTCJ.12109

Индекс УДК 
532.5:007.52:629.58

Библиографическое описание
Особенности конструкции и управления подводного биоморфного робота тунниформного типа / И.В. Митин [и др.] // Робототехника и техническая кибернетика. – Т. 12. - № 1. – Санкт-Петербург : ЦНИИ РТК. – 2024. – С. 71-80. – Текст : непосредственный.

Литература

  1. Oscillating foils of high propulsive efficiency / J. Anderson [et al.] // Fluid Mech. –1998. – 360, pp. 41-72. –Text: unmediated.
  2. Triantafyllou M.S. An efficient swimming machine / M.S. Triantafyllou, G.S. Triantafyllou // Scientific Am. – 1995. – 272 (3), pp. 64-70. – Text: unmediated.
  3. Fighting fish love robots: mate discrimination in males of a highly territorial fish by using femalemimicking robotic cues / D. Romano [et al.] // Hydrobiologia. – 2019. – 833, pp. 185-196. – Text: unmediated.
  4. Romano D. Robot-fish interaction helps to trigger social buffering in neon tetras: The potential role of social robotics in treating anxiety / D. Romano, C. Stefanini // Int. J. Soc. Robot. – 2021. – Text: unmediated.
  5. Romano D. Any colour you like: fish interacting with bioinspired robots unravel mechanisms promoting mixed phenotype aggregations / D. Romano, C. Stefanini // Bioinspiration Biomimetics. – 2022. – Text: unmediated.
  6. Underwater target tracking control of an untethered robotic fish with a camera stabilizer / J. Yu [et al.] // IEEE Trans. Syst. Man Cybern.: Syst. – 2021. – 51 (10), pp. 6523–6534. – Text: unmediated.
  7. Kai C. Research on mobile water quality monitoring system based on underwater bionic robot fish platform / C. Kai, Z. Weiwei, D. Lu // 2020 IEEE International Conference on Advances in Electrical Engineering and Computer Applications(AEECA). – 2020. – pp. 457-461. – Text: unmediated.
  8. Sfakiotakis M. Review of fish swimming modes for aquatic locomotion / M. Sfakiotakis, D. Lane, J. Davies // IEEE J. Ocean. Eng. – 1999. – 24, pp. 237-252. – Text: unmediated.
  9. Breder C.M. The locomotion of fishes / C.M. Breder // Zoologica N.Y. – 1926 – 4, pp. 159-256. – Text: unmediated.
  10. Lindsey C.C. Form, function, and locomotory habits in fish / C.C. Lindsey // Fish Physiology. Vol. VII. Locomotion. – 1978. – Academic Press, New York С. pp. 1-100. – Text: unmediated.
  11. Gray J. Studies in animal locomotion. I. The movement of fish with special reference to the eel / J. Gray // J. Exp. Biol. – 1933 – 10, pp.88-104. – Text: unmediated.
  12. Gillis G.B. Undulatory locomotion in elongate aquatic vertebrates: Anguilliform swimming since Sir. James Gray / G.B. Gillis // Amer. Zool. – 1996. – 36, pp. 656-665. – Text: unmediated.
  13. Graham J.B. Tuna comparative physiology / J.B. Graham, K.A. Dickson // J. Exp. Biol. – 2004. – 207, pp. 4015-4024. – Text: unmediated.
  14. Lauder V. Hydrodynamics of Undulatory Propulsion / Lauder V. George D., Eric Tytell // Fish Physiology – 2005. – 23 С. Pp. 425-468. – Text: unmediated.
  15. Toward biomorphic robotics: A review on swimming central pattern generators / Y.A. Tsybina [et al.] // Chaos Solitons Fractals. – 2022. – P.165. – Text: unmediated.
  16. Bioinspired Propulsion System for a Thunniform Robotic Fish / I. Mitin [et al.] // Biomimetics. – 2022. – V. 7. – P. 215. – Text: unmediated.
  17. Menter F.R. Ten Years of Industrial Experience with the SST Turbulence Model / F.R. Menter, M. Kuntz, R. Langtry // Heat and Mass Transfer. – 2003. – 4 С, pp. 625-632. – Text: unmediated.
  18. Экспериментальное исследование и численное моделирование гидродинамики рыбоподобного подводного робота / Н.А. Щур [и др.] // Робототехника и техническая кибернетика. – 2023. – Т. 11. – С. 40-44. – Текст: непосредственный.
  19. Chen B. Swimming Performance of a Tensegrity Robotic Fish / B. Chen, H. Jiang // Soft Robot. – 2019. – 6 С. – р 520-531. – Text: unmediated.
  20. An Experimental Study on the Fish Body Flapping Patterns by Using a Biomimetic Robot Fish / F. Xie [et al.] // IEEE Robot. Autom. Lett. – 2020. – 5 С., pp. 64-71. – Text: unmediated.

 Полный текст статьи (pdf)