Robot nadador con flagelo flexible basado en actuación única: Prueba de propulsión en condiciones de bajo número de Reynolds

Abstract

[Resumen] En entornos con bajo número de Reynolds (Re), los robots nadadores necesitan realizar movimientos no recíprocos para propulsarse. El método fundamental para lograr este tipo de movimiento es mediante la generación de ondas progresivas (también conocidas como ondas viajeras) que recorren el flagelo del robot desde la cabeza al extremo libre. Este trabajo se centra en una forma sencilla de generar ondas progresivas en condiciones de bajo Re que consiste en la oscilación periódica de un flagelo flexible pasivo. Para las pruebas de propulsión, se presenta un prototipo de robot nadador con actuación única basada en el mecanismo yugo escocés y palanca, que permite convertir el movimiento de rotación de un motor en una oscilación angular que viaja a lo largo del flagelo. Asimismo, se desarrolla en MATLAB un algoritmo basado en imágenes para identificar el movimiento realizado por el robot, es decir, para determinar las características del nadador en la propulsión. Los resultados experimentales demuestran que el robot es capaz de realizar un movimiento no recíproco en condiciones de bajo Re.

[Abstract] Within low Reynolds number (Re) environments, swimming robots need to perform non-reciprocal motions to propel themselves. The fundamental method to achieve this type of motion is by generating progressive waves (also known as traveling waves) that travel along the robot flagellum from the head to the free end. This work focuses on a simple way to generate progressive waves under low Re conditions that consists of the periodic oscillation of a passive flexible flagellum. For propulsion testing, a prototype of single-acting swimming robot based on the scotch-yoke-lever mechanism is presented, which allows to convert the rotational motion of a motor into an angular oscillation traveling along the flagellum. Also, an image-based algorithm is developed in MATLAB to identify the motion performed by the robot, i.e., to determine the characteristics of the swimmer in propulsion. Experimental results show that the robot is able to perform a non-reciprocal motion under low Re conditions.