Bir Robotik Platform Kaliforniya Deniz Aslan Foreflipper Eğitim için
Summary
Bir robot platformu hidrodinamik performans güçleri ve yüzme Kaliforniya deniz aslanı-of flowfields incelemek için kullanılan olacağını tarif edilmektedir. Robot onun itici inme ( 'alkış') hareketini çoğaltmak için motorlar tarafından çalıştırılmaktadır hayvanın foreflipper bir modeldir.
Abstract
Kaliforniya deniz aslanı (Zalophus californianus), bir çevik ve güçlü bir yüzücü olduğunu. pek çok başarılı yüzücüler (yunuslar, ton balığı) aksine, onların büyük foreflippers ile itme çoğu oluşturur. Bu protokol yüzme Kaliforniya deniz aslanı (Zalophus californianus) hidrodinamik performansını incelemek için tasarlanmış bir robot platformu açıklar. Robot onun itici inme ( 'alkış') hareketini çoğaltmak için motorlar tarafından çalıştırılmaktadır hayvanın foreflipper bir modeldir. deniz aslan itici inme kinematik Smithsonian Zooloji Parkı (SNZ) de işaretsiz, araştırma dışı deniz aslanları video verileri elde edilir. Bu veriler Burada sunulan robot kola çalıştırılması hareketinin temelini oluşturmaktadır. Robotik kola geometrisi tam ölçekli flipper yaklaşık% 60 ölçekli bir yetişkin dişi deniz aslanı bir foreflipper, yüksek çözünürlüklü lazer tarama dayanmaktadır. belden modeli üç j vardıroints, deniz aslanı foreflipper dirsek, el bileği ve mafsal eklem taklit. diğerlerinden hızlanırken robot platformu dinamikleri özellikleri-Reynolds sayısı ve uç hayvan hiz-eşleşir. Robotik kanatçık performansı (güçleri ve momentleri) eklendi ve elde flowfields belirlemek için kullanılabilir.
Introduction
Bilim adamları deniz aslanı yüzme (enerjetiği, taşıma maliyeti, sürükleme katsayısı, doğrusal hız ve ivme 1-3 temel özelliklerini araştırdık iken, biz bu bilgi olmadan, potansiyel yüksek hız sınırı. Sistemin akışkan dinamiği hakkında bilgi eksikliği yüksek manevra mühendislik vücut kuyruk yüzgeci (BCF) lokomosyon modelleri 4 uygulamaları. farklı bir yüzme paradigma karakterize, biz Böylece. yüzme sessiz, gizlenebilir formları sağlamak için özellikle potansiyeli olan tasarım araçları bizim katalog, genişletmeyi umuyoruz biz 5,6 foreflipper bir robot deniz aslanı kullanarak Kaliforniya deniz aslanı ve laboratuar araştırmaları doğrudan gözlem yoluyla deniz aslanı yüzme temel mekanizmasını incelemek.
Bir robot platformu 7: Bunu yapmak için, biz karmaşık biyolojik sistemlerin keşfetmek için yaygın olarak kullanılan bir yöntem istihdam sağlayacak. Çeşitli lokomosyon çalışmaları-bot8,9 yürüyüş ve 10 sahibi olur yüzme h hayvanların ya 11 karmaşık ya da yüksek derecede basitleştirilmiş 12 mekanik modellere dayalı olarak. Araştırmacılar büyük parametre boşluk 13-15 keşfetmek için izin verirken Tipik olarak, robotik platformlar, model sistemin özünü korur. Her zaman tüm sistemi karakterize olmasa da, pek bir lokomotif sisteminin tek bir bileşeni izole bu platformlar aracılığıyla öğrenilir. Örneğin, kararsız pervane temel işleyişi, carangiform yüzme sırasında bir kuyruk yüzgeci süpürme arka ve ileri-gibi, yoğun yunuslama ve / veya kaldırılma panellerin 12,16,17,18 deneysel araştırmalar sonucunda incelenmiştir. Bu durumda, söz konusu hayvan dayalı çalışmalar yapamaz yollarla bu karmaşık hareket belirli modları ayırabilirsiniz. tahrik olanlar temel yönleri daha sonra biyolojik karmaşıklık evrim sağlar gerekmez araçların tasarımında kullanılabilir.
<p class=Bu yazıda "jove_content">, biz inme itme üreten deniz aslan 'alkış' faz keşfetmek için yeni bir platformu sunmak. Sadece tek bir foreflipper-"roboflipper'-bir platformda yer. Onun geometri California deniz aslanı (Zalophus californianus) örnek biyolojik taramaları tam türetilmiştir. Roboflipper önceki çalışmalarda 1 elde edilen hayvanların hareketini çoğaltmak için harekete geçirilir. Bu robot Flipper verebilmesidir, yüzme, deniz aslanı hidrodinamik performansını araştırmak ve hayvan çalışmalarında, büyük sucul memeli özellikle daha geniş bir parametre alanı keşfetmek için kullanılacaktır.Protocol
Representative Results
Discussion
Robotik Flipper aparatı bize yüzme Kaliforniya deniz aslan hidrodinamik anlamak sağlayacaktır. Bu temel itki üreten inme ( 'alkış') yanı sıra, hayvan çalışmaları araştırmak olamaz fiziksel olmayan varyasyonları içerir. Robotik Flipper deneysel yönlülük için dizayn edilmiştir, böylece, adım 3-nerede kendisidir Flipper istenen sonuçları elde kritik made-olduğunu. Bu cihaz olmasına rağmen, açıkça, Kaliforniya deniz aslanı in situ çalışmalarında yaşayan sisteminin sadec…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to thank the George Washington University Facilitating Fund for financial support of the project. Mr. Patel is grateful the George Washington University School of Engineering and Applied Science Summer Undergraduate Program in Engineering Research and the Undergraduate Research award for financial support. Finally, we are grateful to the GWU Center for Biomemetics and Bioinspired Engineering (COBRE) for use of facilities controlled by the center.
Materials
| Dragon Skin 20 | Smooth-on | ||
| Dragon Skin 20 medium | Smooth-on | ||
| Object24 | Stratasys | 3D printer | |
| Stand Mixer | Hamilton | ||
| PKS-PRO-E-10 System | Anaheim Automation | PKS-PRO-E-10-A-LP22 | Controller and Servo Motor |
| Artec Eva | Artec 3D | 3D light scanner with resolution of 0.1mm | |
| Artec Spider | Artec 3D | 3D light scanner with resolution of 0.5mm | |
| Steel plate | Mcmaster | ||
| Carbon Tow | Fibreglast | 2393-A | |
| Hardened Precision 440C Stainless Steel Shaft | Mcmaster | 6253K49 | |
| Tygon PVC Clear Tubing | Mcmaster | 6546T23 | |
| Kevlar Thread | Mcmaster |
References
- Feldkamp, S. D. Swimming in the California sea lion: Morphometrics, drag and energetics. Journal of Experimental Biology. 131, 117-135 (1987).
- Godfrey, S. J. Additional observations of subaqueous locomotion in the California sea lion (zalophus californianus). Aquatic Mammals. 11 (2), 53-57 (1985).
- Stelle, L. L., Blake, R. W., Trites, A. W. Hydrodynamic drag in steller sea lions (eumetopias jubatus). The Journal of Experimental Biology. 203 (12), 1915-1923 (2000).
- Yu, J., Wang, L., Tan, M. A framework for biomimetic robot fish’s design and its realization. Proceedings of the American Control Conference. , 1593-1598 (2005).
- Friedman, C., Leftwich, M. C. The kinematics of the California sea lion foreflipper during forward swimming. Bioinspiration and Biomimetics. 9 (4), (2014).
- Friedman, C., Joel, B. W., Schult, A. R., Leftwich, M. C. Noninvasive 3D geometry extraction of a Sea lion foreflipper. Journal of Aero Aqua Bio-mechanisms. 4 (1), 25-31 (2015).
- Aguilar, J., et al. A review on locomotion robophysics: the study of movement at the intersection of robotics, soft matter and dynamical systems. Rep Prog Phys. 79 (11), 110001 (2016).
- Holmes, P., Koditschek, D., Guckenheimer, J. The dynamics of legged locomotion: models, analyses, and challenges. Dynamics. 48 (2), 207-304 (2006).
- Mazouchova, N., Umbanhowar, P. B., Goldman, D. I. Flipper-driven terrestrial locomotion of a sea turtle-inspired robot. Bioinspiration & Biomimetics. 8 (2), 026007 (2013).
- Hultmark, M., Leftwich, M. C., Smits, A. J. Flowfield measurements in the wake of a robotic lamprey. Experiments in fluids. 43 (5), 683-690 (2007).
- Ijspeert, A. J., Crespi, A., Ryczko, D., Cabelguen, J. M. From swimming to walking with a salamander robot driven by a spinal cord model. Science. 315 (5817), 1416-1420 (2007).
- Buchholz, J. H., Smits, A. J. On the evolution of the wake structure produced by a low-aspect-ratio pitching panel. Journal of fluid mechanics. 546, 433-443 (2006).
- Lauder, G. V., Anderson, E. J., Tangorra, J., Madden, P. G. Fish biorobotics: kinematics and hydrodynamics of self-propulsion. Journal of Experimental Biology. 210 (16), 2767-2780 (2007).
- Leftwich, M. C., Smits, A. J. Thrust production by a mechanical swimming lamprey. Experiments in fluids. 50 (5), 1349-1355 (2011).
- Leftwich, M. C., Tytell, E. D., Cohen, A. H., Smits, A. J. Wake structures behind a swimming robotic lamprey with a passively flexible tail. Journal of Experimental Biology. 215 (3), 416-425 (2012).
- Buchholz, J. H., Smits, A. J. The wake structure and thrust performance of a rigid low-aspect-ratio pitching panel. Journal of fluid mechanics. 603, 331-365 (2008).
- Quinn, D. B., Lauder, G. V., Smits, A. J. Scaling the propulsive performance of heaving flexible panels. Journal of fluid mechanics. 738, 250-267 (2014).
- Quinn, D. B., Lauder, G. V., Smits, A. J. Flexible propulsors in ground effect. Bioinspiration & biomimetics. 9 (3), 036008 (2014).
- English, A. W. Functional anatomy of the hands of fur seals and sea lions. American Journal of Anatomy. 147 (1), 1-17 (1976).
- . PRONET-E Quick Start Guide Available from: https://www.anaheimautomation.com/manuals/servo/L011035%20-%20ProNet%20Quick%20Start%20Guide.pdf (2014)
- Fish, F. E., Legac, P., Williams, T. M., Wei, T. Measurement of hydrodynamic force generation by swimming dolphins using bubble DPIV. Journal of Experimental Biology. 217 (2), 252-260 (2014).
