本发明涉及仿生机器人领域，尤其是涉及一种bcf模式仿生机器鱼尾鳍建模方法。
背景技术：
1、作为鱼类推进机理和机器人技术的结合，仿生机器鱼模仿鱼类的外表和运动机理，相比传统搭载螺旋桨推进器的水下机器人在水下推进时具有噪声大、推进效率低、能量消耗大、对工作环境要求高等缺点，仿生机器鱼具有推进效率高、机动性能好、噪声低隐蔽性好等显著优点。仿生机器鱼是目前水下推进装置研究领域的热点，其在未来的水下检测开发领域有着不可或缺的地位。
2、目前，主流的仿生机器鱼的推进模式根据鱼类游动使用的身体部位不同可以分为身体和/或尾鳍推进(bcf)模式及中鳍和/或对鳍推进(mpf)模式。研究表明，鱼类的游动的驱动力大部分由尾鳍产生，鱼身体的摆动作用也是在于带动尾鳍的运动。因此，国内外研究比较广泛的是采用bcf模式推进的仿生机器鱼，其长时间的游动效率高且稳定性也较为良好。而对于该模式的仿生机器鱼，尾鳍部分的设计与优化对整体游动性能的提升有着至关重要的影响。
3、现阶段bcf模式的仿生机器鱼的重点大多聚焦于如何更加有效地驱动鱼尾部分的摆动运动，而对于尾鳍各方面参数的设计更偏向于定性的研究，缺乏更加系统和完整的尾鳍设计方法研究，很难比较不同尾鳍设计的性能，因此提出一种bcf模式仿生机器鱼尾鳍建模方法用于指导仿生机器鱼尾鳍的设计是很有必要的。
技术实现思路
1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺少定量分析的缺陷而提供一种bcf模式仿生机器鱼尾鳍建模方法。
2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、一种bcf模式仿生机器鱼尾鳍建模方法，包括以下步骤：
4、步骤1、根据尾鳍形状计算尾鳍曲线；
5、步骤2、根据尾鳍曲线建立尾鳍的运动模型；
6、步骤3、根据尾鳍的运动模型计算尾鳍的输入功率和推进效率；
7、步骤4、根据输入功率和推进效率，建立尾鳍形状模型；
8、步骤5、根据水体环境计算水体阻力和雷诺数；
9、步骤6、根据尾鳍表面积计算水动力阻力，建立尾鳍尺寸与水动力阻力关系模型；
10、步骤7、计算尾鳍速度与尾鳍表面积的关系函数；
11、步骤8、通过尾鳍尺寸与水动力阻力关系模型和尾鳍速度与尾鳍表面积的关系函数，计算水动力阻力与尾鳍速度的关系，建立尾鳍尺寸模型。
12、进一步地，尾鳍曲线包括尾缘曲线和前缘曲线。
13、进一步地，尾鳍形状包括金枪鱼尾鳍、海豚尾鳍和鲸鱼尾鳍。
14、进一步地，尾鳍的运动模型表达式为：
15、
16、式中，yc(t)表示尾鳍在t时刻的侧向位移，lf为柔性段的长度，a(lf)为尾鳍的平移幅值，θ(t)表示t时刻尾鳍绕着尾柄末端的摆动角度，θm为摆动角度的幅值，δθ为尾鳍的摆动运动与平移运动之间的相位差，k为波数。
17、进一步地，摆动角的幅值θm为15°～35°。
18、进一步地，尾鳍的输入功率的表达式为：
19、
20、式中，fyc(t)为尾鳍坐标系下尾鳍受到的侧向力，mzc(t)为尾鳍坐标系下尾鳍受到的俯仰力矩，yc(t)表示尾鳍在t时刻的侧向位移，pfin(t)表示尾鳍在t时刻的输入功率。
21、进一步地，水体环境包括管径、流体密度、流体动力粘度和临界流速。
22、进一步地，推进效率的计算表达式为：
23、
24、式中，ηmpg为推进效率，ucf为游速，为巡游阶段机器鱼的瞬时输入功率的周期平均值。
25、本发明的第二方面，一种bcf模式仿生机器鱼尾鳍建模装置，包括存储器、处理器，以及存储于存储器中的程序，处理器执行程序时实现如上任一的一种bcf模式仿生机器鱼尾鳍设计方法。
26、本发明的第三方面，一种存储介质，其上存储有程序，程序被执行时实现如上中任一的一种bcf模式仿生机器鱼尾鳍建模方法。
27、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
28、1)本发明通过建立为其形状模型和尾鳍尺寸模型，实现对不同形状、尺寸的bcf运动模式的仿生鱼游动速率的仿真模拟，通过本发明的方法可以更好地实现对仿生鱼尾鳍运动性能的定量分析，有助于尾鳍形状的设计和性能预测。
29、2)本发明考虑到多种不同形状的鱼尾鳍，提出了分别计算尾鳍曲线进行比较的方法，有助于对不同类型尾鳍设计的比较。
30、3)本发明计算了不同的水文环境对尾鳍仿真建模的影响，使模型可以充分考虑水文环境对设计的影响。
1.一种bcf模式仿生机器鱼尾鳍建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种bcf模式仿生机器鱼尾鳍建模方法，其特征在于，所述尾鳍曲线包括尾缘曲线和前缘曲线。
3.根据权利要求1所述的一种bcf模式仿生机器鱼尾鳍建模方法，其特征在于，所述尾鳍形状包括金枪鱼尾鳍、海豚尾鳍和鲸鱼尾鳍。
4.根据权利要求1所述的一种bcf模式仿生机器鱼尾鳍建模方法，其特征在于，所述尾鳍的运动模型表达式为：
5.根据权利要求4所述的一种bcf模式仿生机器鱼尾鳍建模方法，其特征在于，所述摆动角的幅值θm为15°～35°。
6.根据权利要求4所述的一种bcf模式仿生机器鱼尾鳍建模方法，其特征在于，所述尾鳍的输入功率的表达式为：
7.根据权利要求1所述的一种bcf模式仿生机器鱼尾鳍建模方法，其特征在于，所述水体环境包括管径、流体密度、流体动力粘度和临界流速。
8.根据权利要求1所述的一种bcf模式仿生机器鱼尾鳍建模方法，其特征在于，所述推进效率的计算表达式为：
9.一种bcf模式仿生机器鱼尾鳍建模装置，包括存储器、处理器，以及存储于所述存储器中的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-8中任一所述的一种bcf模式仿生机器鱼尾鳍设计方法。
10.一种存储介质，其上存储有程序，其特征在于，所述程序被执行时实现如权利要求1-8中任一所述的一种bcf模式仿生机器鱼尾鳍建模方法。