无缆微型仿鱼泳动机器人的设计与运动分析

根据鱼类的游动推进原理,提出一种基于螺线管线圈结构的外磁场驱动微型仿鱼机器人的设计方案,构建了其实验控制系统,分析了机器人在液体中的推进力和动力学模型,以及尾鳍对其推进性能的影响。实验结果表明,不同的尾鳍摆动频率和尾鳍长度对推进速度有很大影响,其运动速度随驱动频率的增大而逐步增大,但当驱动频率大于7 Hz时运动速度减慢。实验结果与理论分析相一致。     

体内微型医用机器人

依据不同的人体环境中体内微型医用机器人不同的驱动机制,综述体内微型机器人国内外研究现状,包括仿生物游动（泳动）驱动、特殊机械机构驱动、体外特殊场（磁场、超声波场等）驱动、胶囊类内窥镜微型机器人;分析目前体内微型机器人驱动机制在运动控制、手术安全存在的问题,讨论体内微型医用机器人关键技术：尺寸微型化、驱动机制、精确控制系统和能量供应等.探讨体内微型机器人在临床疾病诊断、体内手术的应用前景和发展方向.     

弧焊机器人工作单元Internet远程控制系统

采用IGRIP（Interactive Graphics Robot Instruction Program）建立了弧焊机器人工作单元空间场景模型，基于Internet实现了机器人的远程运动仿真．在仿真的基础上，采用CORBA-CGI（Common Obiect Request Broker Architecture-Common Gateway Interface）方式实现了弧焊机器人的Internet远程控制．同时，通过现场摄像机，机器人的运动视频可以反馈回操作者的Web页面，这样操作者就可以远程监控机器人的运动．控制实验表明，该机器人远程运动控制方案是可行、有效的．     

自动扫查爬壁机器人系统及调整运动

高压容器的焊缝常存在边界未熔合、未焊透、裂纹等问题，一般利用超声波串列扫查方法对焊缝进行无损检测．介绍一种用于化工容器在役检测的新型超声串列自动扫查爬壁机器人，并着重阐述了其机械结构及位置调整运动控制算法．该爬壁机器人采用磁轮吸附小车的行走方式、利用磁带进行导航和光纤传感器检测机器人状态，具有结构紧凑、导航性能好、位置调整方法可行和定位精度高等特点．实验证明该机器人方案可行，效果良好．     

机器人柔性手腕的球面齿轮设计研究

对典型的球面齿轮传动的机器人柔性手腕进行理论分析和实验研究，证明该传动存在干涉所引起的误差。为了消除误差，必须揉取适当的防干涉措施。研制了一种新型球面齿轮。它以一个齿代替了过去的多齿方案，从而消除了干涉的发生，经济效益显著。     

气动肌肉驱动仿青蛙游动机器人结构设计

仿青蛙游动机器人是仿生机器人领域内新的研究点.通过对生物青蛙机理分析,提出了拮抗式关节驱动模式,利用气动人工肌肉作为驱动器,可以很好地模拟生物肌肉的特点.建立了仿青蛙游动机器人的躯干、大腿、小腿和足部的结构模型,采用了层叠式腿部空间配置方式进行了虚拟装配.通过对机器人运动学分析以及Adams仿真验证了结构设计的合理性,为研究和验证仿青蛙游动机器人其他关键问题提供了样机基础.     

基于CPG的仿海蟹机器人浮游步态生成方法

结合仿生游动机理,针对游泳桨推进仿海蟹机器人提出一种基于中枢模式发生器浮游步态生成方法.采用可独立控制频率、幅值、相位延迟和时间非对称系数的一类非线性振荡器作为节律信号发生器,通过最近相邻耦合的方式构建了仿生游动的链式中枢模式发生器(CPG)运动控制模型,并分析了振荡单元平衡点的性态,证明了振荡器极限环存在的唯一性和稳定性;在此基础上,引入三个顶层控制信号作为CPG网络的激励,分别用来控制机器人的游动速度、转艏速率和浮潜速率,实现了仿海蟹机器人的三维游动控制.实验结果显示样机具有一定稳定性和机动性,机器人的直线游动速度和转艏速度随着游速控制系数和转艏速率控制系数的增加而增大,最大直线游动速度可达0.41 BL/s,最大原地转艏速率可达1.7 rad/s.仿真及实验结果验证了此中枢模式发生器模型的可行性与所提控制方法的有效性.     

管道微型机器人系统运动的力学分析和控制

论文对以形状记忆合金（SMA）弹簧作为系统驱动控制元件的微型机器人模型－管道子母型微型机器人系统进行了力学分析，并根据形状记忆合金的特性和人体管道的工作要求提出了该微型机器人的控制方法，研究了其控制机理和运动机理。     

毫米级微型移动机器人实时识别跟踪算法及系统通讯研究

该文针对微型机器人系统在管道检测中的具体应用，设计了微型机器人实时识别跟踪系统，通过CCD摄像头捕捉微型机器人顶部特征点的位置，实现对微型机器人状态的实时识别跟踪，同时，为缩短系统的处理时间，系统采用特殊的通讯方式，即机器人系统的协调是在微型机器人相互之间不知彼此位置和状态下实现的，系统采用广播通讯方式，信息的流向只是从主控制器发送给每个微型机器人。     

四足偏心轮腿机器人的越障研究

针对轮式移动机器人越障效果不够理想的现状,提出一种基于偏心轮作为行走单元的四足偏心轮腿机器人的模型,经过理论研究证明该设想具有一定的可行性.设计制作了一种四足偏心轮腿机器人样机,以高层建筑物的楼梯作为连续台阶障碍物,进行攀爬障碍物的实验,实验结果表明该机器人具有较好的越障效果.     

微型电推力器的研究与发展

随着微型卫星技术的迅猛发展,为了满足微型卫星各种飞行姿态变化的任务要求,兼具功能性和高可靠性的微推进技术,特别是微型电推进技术已经成为微型卫星发展的迫切需求。近年来,自由分子流微电热推力器、射频电容耦合放电微推力器、微射频离子推力器、微腔放电推力器、场致发射电推力器、微胶体推力器和微波激励微等离子体推力器等微型电推力器研究势头良好,已完成工程样机研制,有望于若干年内实现空间应用。     

超磁机器鱼游动数值模拟及其控制

针对管道中微小型机器人的研究和开发,提出一种利用外磁场驱动起小型机器鱼的研究方法.采用合金薄板模拟鱼尾骨架,贴在该薄板的超磁致伸缩材料模拟鱼体肌肉,建立了该问题的力学模型.通过研究机器鱼的游动机理,设计了一种机器鱼的超磁动力驱动器(GMMA).利用调整外界磁场频率,实现神经模拟以控制鱼尾摆动,即机器鱼的游动.结果表明,鱼尾摆动平均驱动力的大小取决于鱼尾的材料参数、几何参数和外磁场频率.特别是当外磁场频率接近系统固有频率时,该驱动力相对较大,该结论可作为鱼尾设计和控制的主要思路和依据.     

波动薄板游动的展向变形作用和壁面效应

采用非定常势流理论对鱼类的尾鳍摆动推进功能进行了一系列的分析。着重考察了尾鳍展向变形对中等以上展弦比的尾鳍作纵向波动时的推进性能的影响,以及底栖鱼类近底游动时的壁面效应。     

Delta-wing function of webbed feet gives hydrodynamic lift for swimming propulsion in birds

Most foot-propelled swimming birds sweep their webbed feet backwards in a curved path that lies in a plane aligned with the swimming direction. When the foot passes the most outward position, near the beginning of the power stroke, a tangent to the foot trajectory is parallel with the line of swimming and the foot web is perpendicular to it. But later in the stroke the foot takes an increasingly transverse direction, swinging towards the longitudinal axis of the body. Here we show that, early in the power stroke, propulsion is achieved mostly by hydrodynamic drag on the foot, whereas there is a gradual transition into lift-based propulsion later in the stroke. At the shift to lift mode, the attached vortices of the drag-based phase turn into a starting vortex, shed at the trailing edge, and into spiralling leading-edge vortices along the sides of the foot. Because of their delta shape, webbed feet can generate propulsive forces continuously through two successive modes, from drag at the beginning of the stroke, all the way through the transition to predominantly lift later in the stroke.     

Simplified propulsive model for biomimetic robot fish and its experimental validation

As a combination of bio-mechanism and engineering technology, robot fish has become a multidisci- plinary research that mainly involves both hydrodynamics-based control and actuation technology. This paper presents a simplified propulsive model for carangiform propulsion, which is a swimming mode suitable for high speed and high efficiency. The carangiform motion is modeled as an N-joint nscillating mechanism that is composed of two basic components： the streamlined fish body represented by a planar spline curve and its hmate caudal tail by an oscillating foil. The speed of fish＇s straight swimming is adjusted by modulating the joint＇s oscillating frequency, and its orientation is tuned by different joint＇s deflection. The results from actual experiment showed that the proposed simplified propulsive model could be a viable eandidate for application in aquatic： swimming vehicles.     

多功能两栖生物型子母机器人系统研究

 对于水陆两栖及其过渡环境中狭小空间内的勘测,微小型水陆两栖机器人能够完成许多单一推进方式的机器人所无法完成的两栖任务,如水下管道的检测、珊瑚礁内鱼类的监测、水下岩缝中矿物采样等,因此需要一种能够具有微型结构、多功能运动模式、高位置精度、长续航时间等特点的机器人,以适应复杂两栖环境。提出一种两栖子母机器人设计方案。其中,两栖母机器人采用腿-矢量化喷水两栖推进,利用一套驱动系统实现两栖运动,以降低机构和控制的复杂度,增大其负载能力。两栖推进机构和机器人外形可以根据介质环境以及任务特点的改变,进行主动的形态与结构变化。微型子机器人由人工智能驱动器驱动,可以实现游行、爬行、转动、上浮/下潜、抓取等动作。母机器人和子机器人之间通过智能软缆线连接,实现子母机器人之间的通信及子机器人的回收。     

一种摆动式柔性尾部的仿生机器鱼

提出了一种摆动式柔性尾部的仿生机器鱼设计方案,着重解决了机器鱼摆动式推进的问题.在该方案中,应用曲柄摇杆原理,采用了特殊的四连杆摆动机构,结合柔性尾部实现了机器鱼的摆动式推进;巧妙应用了霍尔位置传感器,检测摆杆临界位置,实现了鱼尾位置判断,进而控制鱼尾来转向;研制了以气缸为压缩泵的气路沉浮机构作为"鱼鳔",能使机器鱼进行沉浮动作.实验显示这种机器鱼达到了预期的功能,在水下作业、军事侦察、娱乐等领域有一定的研究应用价值.     

微纳马达在生物医疗领域中的应用

 作为微纳尺度的动力装置,微纳马达具有体积小、质量轻和驱动力大等优点,在传感检测、微纳加工和环境治理等方面表现出突出的优势,特别是在生物医疗领域具有巨大应用前景。本文阐述了生物医用微纳马达的制备及驱动控制方法,总结了微纳马达在药物靶向运输、细胞识别捕捉、纳米手术、吸附毒素及溶解血栓等生物医疗领域中的应用,并讨论了其在生物医疗领域面临的挑战和未来的发展方向。     

微小型化学推进器的性能分析

基于详细化学反应机理对微小型化学推进器进行了零维的瞬态数值模拟．推进器的燃烧室采用良搅拌反应器模型,燃烧室后的喷管采用稳态准一维等熵流理论．着重研究了微小型化学推进器的微尺度特性和启动特性,讨论了引入多孔介质后对系统工作性能的影响．微小型化学推进器的最佳燃气流率范围随系统特征尺寸的减小而变窄;稳态推力、启动性能都优于相同条件下的冷态推进器;引入多孔介质可以提高燃烧稳定性,改善脉冲推进的再点火能力,拓宽高比冲设计工况的燃气流率范围．