仿生机器鱼的尾部运动分析与控制

提出了一种自主避障的仿生机器鱼,给出仿生机器鱼的整体结构设计和尾部结构设计,并对仿生鱼的内部连接进行了描述.在仿生机器鱼的结构设计的基础上对仿生机器鱼的尾部运动进行了详细的分析.分析了仿生机器鱼在避障时尾部摆动与障碍物之间的关系.制定了鱼尾在避障过程中的摆动规则,从而使仿生鱼在避障时尾部不与障碍物有碰撞.通过仿真实验验证了其有效性.     

基于ICPF驱动器无线仿生鱼型机器人设计

本文设计了一个无线智能仿生鱼型机器人.采用离子导电聚合物薄膜材料ICPF(Ionic conducting polymer film)作为机器人驱动器,在鱼眼和鱼嘴处内嵌3路红外避障传感器作为仿生鱼型机器人的导航系统,在机器人体内嵌入Arduino Mini Pro作为机器人的主控制器.由于选用低功耗的ICPF材料,该鱼型机器人续航时间长达3 h,该仿生鱼型机器人可实现在水中无噪声前进、转弯和避障等运动模式,且可以实现在线编程和实时充电.实验测试结果表明,该仿生鱼型机器人系统稳定,在水中运动如真实的鱼,可以同其他鱼类生物在同一环境中无干扰的交互生存,在9 V、1Hz电压信号的驱动下,最大游动速度为10.02 mm/s,该仿生鱼型机器人可用于军事侦测,海洋开发等领域.     

一种多关节推进双体仿生机器鱼研究

针对单尾仿生机器鱼产生艏向摆动而使尾部推进效率大大降低的问题,提出全新的双体仿生机器鱼结构.运动过程中,机器鱼两条尾部所产生的大小相等、方向相反的横向作用力相互平衡,确保了机器鱼身体始终处于横向受力平衡的状态,从而在结构上解决了仿生机器鱼艏摇问题.运用Pro/Mechanism模块对所设计的双体仿生机器鱼进行尾部受力分析和动力学仿真,仿真和试验结果表明双体仿生机器鱼质心沿直线轨迹运动,验证了双体仿生机器鱼推进的高效性和可行性,双体仿生机器鱼的设计思想为解决机器鱼艏向摆动问题提供了新思路.     

仿生机器鱼巡游性能分析与实验

以鱼体运动行波方程为动力学基础,参照鱼体尾部运动函数方程设计了"BLRF--I"系列仿鲹科机器鱼.在该系列机器鱼中,采用模块化设计结构,可以方便地更改尾部驱动舵机的数量,形成仅有驱动舵机数量不同、其他机制完全相同的单关节、两关节和三关节仿生机器鱼.对"BLRF--I"系列机器鱼的巡游速度与最小转弯半径进行实验分析.结果表明,"BLRF--I"系列机器鱼尾部驱动舵机数量的增加可以有效地提高巡游速度,最小转弯半径在舵机数量为2时达到最小.进而论证了仿生机器鱼关节数目对机器鱼游动性能的影响,并提出了仿生机器鱼关节数目和巡游速度的关系方程.     

仿鱼推进的实验研究

模仿金枪鱼的摆尾推进方式,制作了单尾仿生机器鱼.实验测量了机器鱼的航行速度、阻力和系泊状态时尾鳍摆动产生的推力.针对单尾鳍摆动存在的机器鱼的摇艏问题,进一步设计出双尾鳍仿鱼推进器,并将其应用于小水线面双体船,制作了仿生双尾推进的实验平台.在水池中进行了实验研究,结果表明:仿生双尾推进不仅解决了单尾机器鱼游动时的鱼体晃动问题,而且还具有优良的推进效率和操纵性能.作为一种新型的仿生推进器,仿生双尾推进具有广阔的工程应用前景.     

仿生机器鱼的水下探测和避障控制

文章提出了一种集成多红外测距传感器、GPS定位器、CMOS摄像头的仿生机器鱼,建立了仿生机器鱼传感器网络,设计了机器鱼的机构组成和技术参数,制定了一种仿生机器鱼游动规则库和控制方法,定义了10种机器鱼基本运动形式和几种转弯模式,使其在设定的游动规则中自主游动,主动避障,探测水下情况,实验验证了其有效性。     

基于模糊控制的仿生机器鱼避障研究

为了使机器鱼能够在复杂与不确定的水下环境中进行自主导航与避障,提出了虚拟传感器与模糊控制相结合的仿生机器鱼避障算法,并使用已开发的仿生机器鱼的三维仿真系统对避障算法进行检测。通过虚拟射线法建立虚拟传感器来探测障碍物的相对位置,并设计一个复合模糊控制器根据虚拟传感器提供的信息实时控制机器鱼的运动。仿真结果表明:该避障算法可以有效地为机器鱼提供避障路径,准确地到达目标点。     

柔性仿生机器鱼的复合推进结构设计

针对目前柔性仿生机器鱼推进结构单一等问题，文章针对性地进行了柔性仿生机器鱼的复合推进结构的设计，主要包括鱼身驱动推进结构、鱼身摆动推进结构、胸鳍扑动结构以及胸鳍浮潜结构，以提高柔性仿生机器鱼的推进效率；以及通过对所设计齿轮的校核，设计一款安全可靠、用于水下监测、环境保护的柔性仿生机器鱼。     

仿生机器鱼胸鳍的三维设计及数控加工

胸鳍是机器鱼实现沉浮、变向、倒退和推进的关键部件,胸鳍的三维设计及型面质量直接影响机器鱼实现稳定的各种运动.本文运用Soildworks2007对仿生机器鱼的胸鳍进行三维设计,通过CAM功能生成了胸鳍数控加工的代码,并用数控机床实现了机器鱼胸鳍的数控加工.     

仿生鲔科机器鱼的多机体协同推进效率优化

推进效率是水下潜器装备运行的核心问题,对机器装备的现实应用具有至关重要的影响.针对仿鲔科鱼类研制的机器鱼,根据鲔科鱼类波状运动特征,将机器鱼体离散为由鱼体、尾鳍、胸鳍等部分组成的多刚体系统,结合鱼体所受外力载荷,运用牛顿欧拉法建立了机器鱼动力学模型.基于该动力学模型,开展了以提高机器鱼的推进效率为目标的鱼体运动参数优化设计,以机器鱼的巡游效率为目标、以鱼体各机体的运动参数为优化设计变量、选用遗传算法为优化算法,进行参数匹配优化;通过优化实现了机器鱼尾鳍、鱼体及胸鳍的多机体协同,提高了机器鱼的推进效率.针对优化匹配设计结果,进一步开展了机器鱼的运动学数值模拟仿真,结果表明机器鱼的巡游速度在数值上为鱼体长度的1. 415倍时,机器鱼的推进效率最高,其值达到最大值49. 9%.     

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。     

鱼形微机器人推进的力学分析

基于鱼类肌肉水动力学的研究,利用鱼类尾鳍与微机器人摆翼运动相似性,对仿生鱼形微机器人摆翼所产生的推进力进行了分析。分析表明,鱼形微机器人推进力与流体的粘性系数、摆翼面积和偏移角等因素有关。     

尾鳍形状对摆动尾鳍推进性能的影响

研究了尾鳍形状对摆动尾鳍推进性能的影响. 设计了一套摆尾仿生推进装置,实验分析了仿金枪鱼、仿海豚、仿白鲸3种尾鳍的推进性能. 同时采用数值方法对尾鳍的水动力性能进行了计算. 实验和数值结果表明,仿金枪鱼尾鳍的平均推力系数和输入功率系数最小,推进效率最高. 对尾涡的分析表明,仿金枪鱼尾鳍尾涡强度最弱,分布范围最小.     

Mechanical design and implementation of a new biomimetic robot fish

A mechanical design method of robot fish is introduced in this paper.Based on this method an antonomous 3-Dimension(3D)locomotion robot fish with two pectoral fins and a caudal fin is developed.The pectoral fin mechanism has 3 degrees of freedom(3-DOFs),which enables the robot fish to realize yawing and pitching motions by controlling two pectoral fins.And the caudal fin mechanism is designed based on fish body wave curve fitting.The forward velocity can be adjusted by changing the caudal mechanism's oscillating frequency.Finally a physical implementation of the robot fish and experimental results are given.     

水下矢量推进器系统的设计与分析

运用三维软件PROE设计了一种基于杆件传动的液压驱动矢量推进装置,提出了通过控制液压缸驱动来达到控制壳体的偏转方向的方案.通过建立数学模型和MATLAB计算,证明了偏转角度与液压缸位移量一一对应的关系.通过AD-AMS仿真进一步证明了这种矢量推进装置应用于水下运载器的可行性,该装置能降低运载器推进系统的复杂性.     

基于锦鲤BCF摆动推进特性分析

以锦鲤为仿生对象,研究躯干和尾鳍的摆动推进特性。根据鱼体形态特征建立仿生鱼几何模型,并根据鱼体躯干和尾鳍的摆动姿态,分别建立不同的运动学模型,进而采用动网格技术并编写控制鱼体的UDF程序,对仿生鱼在被两种控制方程的驱动下的运动状态进行数值模拟,研究不同的运动频率、摆动幅度、来流速度对仿生鱼游动速度、加速度、位移及其压力分布的影响,揭示两种控制方程下仿生鱼摆动的推进性能特性。结果表明：在两种控制方程的驱动下,无论运动频率怎样变化,仿生鱼达到稳定状态时间相同,相同周期内游动距离相近;当摆动幅度为30°时,仿生鱼达到稳态时间最短,且波动相对较小,是最佳幅度;来流速度低于0.1时,可以在流场中稳定游动。且该模型在稳定游动状态下,高压低压分布在尾鳍两端,推动鱼体前进,与实际相符合。     

全局滑模控制方法在喷水推进操舵系统中的应用

介绍了喷水推进操舵控制系统的工作原理,利用系统辨识方法得到某船舶喷水推进器的操舵控制对象的传递函数模型.设计了干扰观测器和全局滑模控制器,并证明了全局滑模态的存在和闭环系统的渐进稳定性.仿真结果表明,观测器对外部干扰具有较高的估计精度,基于全局滑模控制方法的操舵系统兼具良好的跟踪性能和较强的鲁棒性.     

多重数字签名在高校办公系统中的应用研究

针对多重数字签名在高校办公系统存在的安全需求,设计了基于PKI技术的公文流转安全模式,实现了网上办公系统多重数字签名的功能。     

基于 WSAR-ADC的降压型 DC-DC 控制器设计

设计了一种基于加窗逐次逼近寄存器（ WSAR）模拟数字转换器（ ADC）的降压型DC-DC控制器,这种WSAR-ADC适用于数字电源系统,通过对输入电压进行加窗处理,能有效地降低芯片的复杂度;并利用蚁群算法,对该DC-DC控制器的比例积分微分（PID）参数进行了整定,使得整个系统能够稳定工作。电路使用BCD（Bipolar/CMOS/DMOS）0．5μm工艺,输入电压3．3 V,输出电压1 V,设计最大负载电流2 A,纹波小于9 mV,开关频率500 kHz。经过验证,该降压型DC-DC控制器能满足数字电源的采样需求。     

一类不确定时滞离散模糊切换系统的鲁棒稳定性问题

研究了一类不确定时滞离散模糊切换系统的鲁棒稳定性问题。基于模糊Lyapumov-Krasovekli函数,采用并行部分补偿算法,设计了使模糊系统全局渐近稳定的控制器,提出并证明了一个新的判别闭环不确定离散时滞模糊切换系统鲁棒渐近稳定的充分条件。