論文の概要: Design, Modeling and Direction Control of a Wire-Driven Robotic Fish Based on a 2-DoF Crank-Slider Mechanism

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.02851v1
• Date: Tue, 03 Mar 2026 10:55:45 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-23 08:17:41.853955
• Title: Design, Modeling and Direction Control of a Wire-Driven Robotic Fish Based on a 2-DoF Crank-Slider Mechanism
• Title（参考訳）: 2自由度クランクスライダ機構に基づくワイヤー駆動型ロボット魚の設計・モデル化・方向制御
• Authors: Yita Wang, Chen Chen, Yicheng Chen, Jinjie Li, Yuichi Motegi, Kenji Ohkuma, Toshihiro Maki, Moju Zhao,
• Abstract要約: 操舵から推進を分離するクランクスライダ機構を備えたワイヤ駆動型ロボットフィッシュを開発した。 本稿では,推進と操舵の独立的な規制を実現するためのフィードフォワードフィードバック制御戦略を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.409300331963032
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Robotic fish have attracted growing attention in recent years owing to their biomimetic design and potential applications in environmental monitoring and biological surveys. Among robotic fish employing the Body-Caudal Fin (BCF) locomotion pattern, motor-driven actuation is widely adopted. Some approaches utilize multiple servo motors to achieve precise body curvature control, while others employ a brushless motor to drive the tail via wire or rod, enabling higher oscillation and swimming speeds. However, the former approaches typically result in limited swimming speed, whereas the latter suffer from poor maneuverability, with few capable of smooth turning. To address this trade-off, we develop a wire-driven robotic fish equipped with a 2-degree-of-freedom (DoF) crank-slider mechanism that decouples propulsion from steering, enabling both high swimming speed and agile maneuvering. In this paper, we first present the design of the robotic fish, including the elastic skeleton, waterproof structure, and the actuation mechanism that realizes the decoupling. We then establish the actuation modeling and body dynamics to analyze the locomotion behavior. Furthermore, we propose a combined feedforward-feedback control strategy to achieve independent regulation of propulsion and steering. Finally, we validate the feasibility of the design, modeling, and control through a series of prototype experiments, demonstrating swimming, turning, and directional control.
• Abstract（参考訳）: 近年, 生物模倣設計や環境モニタリング, 生物調査への可能性から, ロボット魚の注目が高まりつつある。 BCF(Body-Caudal Fin)ロコモーションパターンを用いたロボット魚では、運動駆動アクチュエーターが広く採用されている。 いくつかのアプローチでは、複数のサーボモーターを使用して正確な体曲制御を実現し、他のアプローチではブラシレスモーターを使用してワイヤまたはロッドを介してテールを駆動し、より高い振動と水泳速度を実現している。 しかし、従来のアプローチは水泳の速度が制限されるのに対し、後者は操作性に乏しいため、スムーズな回転がほとんどない。 このトレードオフに対処するため,2自由度クランクスライダ機構を備えたワイヤ駆動型ロボットフィッシュを開発した。 本稿では, 弾性骨格, 防水構造, 脱カップリングを実現するアクチュエータ機構を含むロボット魚の設計について述べる。 次に,運動モデルと身体力学を定式化し,運動行動の分析を行う。 さらに,推進と操舵の独立的な規制を実現するために,フィードフォワードとフィードバックを組み合わせた制御戦略を提案する。 最後に, 設計, モデリング, 制御の実現可能性について, 一連のプロトタイプ実験を通じて検証し, 水泳, 回転, 方向制御の実証を行った。

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