DEAP驱动的仿生鱼机器人：机构设计、动力控制与效率验证

本文主要探讨的是"基于DEAP的仿生机器人鱼的机构设计与驱动控制"这一主题。DEAP（Dielectric Elastomer Actuators，电致伸缩聚合物）是一种智能驱动材料，其独特的机电特性使得它在机器人技术领域具有巨大的潜力，尤其是在水下机器人设计中。研究者利用DEAP的可变形特性，开发了一种新型的柔性关节致动器，这种致动器能够模仿生物鱼类的肌肉收缩和舒张，从而实现精细且灵活的运动。 在设计过程中，作者特别关注了鱼体结构与机器人体链的比例优化。通过最小化鱼体波函数和机器人鱼实际运动轨迹之间的误差，他们能够确保机器人鱼的运动性能与自然鱼类相似，提高其在复杂环境中的适应性和效率。这种生物启发的设计方法强调了模仿自然生物行为的重要性，如仿生灯鳐的触觉模式和刺鳐的圆波鳍结构。 对于机器人鱼的运动学和动力学分析，研究人员构建了数学模型来描述DEAP执行器的工作原理，这有助于理解和控制其行为。通过逆补偿控制策略，他们能够精确地调整机器人的运动，以抵消由于DEAP响应特性可能带来的非线性和延迟等影响。逆补偿控制是一种重要的控制策略，它允许在系统存在不确定性和动态变化时，通过反向计算来补偿这些因素，从而提高系统的稳定性和准确性。 PID（Proportional-Integral-Derivative）控制是本文中用来验证机器人鱼设计和控制有效性的一种常见方法。通过仿真，研究者展示了如何将确定的逆补偿模型集成到PID控制中，以优化机器人的泳姿和轨迹跟踪能力。仿真结果表明，这种基于DEAP的仿生机器人鱼不仅在游泳效率上超越传统机械螺旋桨驱动的机器人，而且在灵活性、可靠性和任务执行能力上也有所提升。 本文的研究工作不仅推动了仿生机器人技术的发展，还展示了DEAP在机器人领域的应用前景，特别是在生物启发的水下机器人设计中，它有望实现更高效、灵活和自主的操作，为未来的海洋探索和作业任务提供新的解决方案。