장기간의 진화 후 해양 동물은 놀라운 수영 성능을 보인다. 돌고래는 빠른 속도로 오랜 시간 헤엄을 칠 수 있을 뿐만 아니라 물에서 뛰어오르거나 공중에서 회전하는 것과 같은 어려운 동작도 수행한다. 따라서 최근 몇 년 동안 많은 학자들이 로봇 돌고래를 개발했다. 그러나 대부분의 역학 모델은 너무 복잡하고 많은 계산이 필요하다.
이러한 문제를 해결하기 위해 Shenzhen University의 Gong Weijie와 그의 팀은 날개 이론, Bernoulli의 원리 및 날개 이론. 이 모델은 구조가 간단하고 계산량이 적은 장점이 있으며 동적 시뮬레이션 및 실험에 편리하다. 동시에 돌고래의 움직임 매개변수 분석을 통해 Matlab으로 돌고래의 운동학 및 역학 시뮬레이션을 수행하여 수영 성능에 대한 다양한 수영 모드 및 다양한 동작 매개변수의 영향을 연구했다.
다양한 추진 모드에서 돌고래의 수영 성능을 확인하기 위해 연구원들은 테스트 실험을 수행했다. 실험은 640cm×407cm×150cm 수영장에서 진행되었다. 8개의 NOKOV 모션 캡처 카메라를 수영장 주변에 설치하여 로봇 돌고래에 설정된 마커의 3차원 공간 좌표를 캡처하여 수영 자세와 모션 매개변수를 획득했다.
실험 결과는 다양한 모드에서 시뮬레이션 결과와 잘 일치한다. 로봇돌고래는 수영할 때 파도에 의해 방해를 받기 때문에 실험에서 구한 직선 수영 속도는 시뮬레이션 결과보다 낮다. 실험을 통해 가슴지느러미/꼬리지느러미 협력 추진의 동적 모델의 타당성을 검증하고 가슴지느러미/꼬리 지느러미 협력 추진이 로봇 돌고래의 수영 성능을 향상시킬 수 있음을 입증했다. 동일한 스윙 주파수에서 꼬리 지느러미는 주요 추진력을 생성한다.
이 연구는 돌고래의 움직임 메커니즘을 더 이해하고 연구하여 로봇 돌고래의 수영 성능을 향상시키는 데 도움이 될 것이다.
로봇 돌고래 프로젝트 외에도 NOKOV 모션 캡처 시스템은 동물 모션 데이터를 얻거나 생체 공학 로봇의 성능을 평가하기 위해 여러 생체 공학 로봇 개발 프로젝트에도 사용되었다. 또한 수중 모션 캡처 시스템을 개발했다.
참조:
[1] YANG Zhonghua, GONG Weijie. Dynamic Modeling and Simulation of Robotic Dolphin with Cooperative Propulsion of Pectoral Fin/Caudal Fin Propulsion[J]. Ship Engineering, 2021,43(09):140-145+151.DOI:10.13788/j.cnki.cbgc.2021.09.25.
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