仿生机器鱼的动力学仿真

仿生机器鱼的研究受到各国越来越多的研究工作者的重视,并取得了一定的成果.本文着重研究了仿生机器鱼的尾鳍的动力学并建立了仿生机器鱼的运动模型,并对该模型进行了计算机仿真,研究探索了仿生机器鱼的前进速度与尾鳍摆角、摆动频率、摆动幅度之间的关系.     

两栖机器人结构设计及运动学建模

两栖仿生机器人的研究是当前新兴的一个热点,它是军用机器人研究的一个重要分支。提出一种两栖仿生机器人的设计思路,确定了一些关键参数,如电机、游动机构等。并对两栖机器人仿鱼游动的运动学进行建模,最终通过实体仿真验证方案的可行性。     

基于DSP的仿生机器蟹多关节控制系统的实现

针对微小型步行机器人对控制系统的性能要求,介绍了一种可用于步行机器人多关节驱动的控制系统的设计。该系统以仿生机器蟹为设计对象,采用DSP作为核心控制器。提出了多层多目标分布式递阶控制系统的设计方案,并介绍了仿生机器蟹单步行足的软、硬件设计方法。     

用于避障研究的微型仿生机器鱼3维仿真系统

基于VC++6.0开发环境和OpenGL（open graphics library）国际图形标准,在Windows系统下开发了微型仿生机器鱼3维仿真系统。该系统可以降低用实体机器鱼进行机器鱼避障能力研究的成本和减少在研究过程中对实体机器鱼造成的损害。采用多边形建模的方法构建了虚拟微型仿生机器鱼模型,模拟了鱼类尾鳍的摆动。提出了一种模拟红外传感器探测障碍物的虚拟射线方法。并采用实时模糊决策算法设计了基于多传感器信息的复合模糊控制器,决策微型仿生机器鱼的避障行为。仿真实验表明,复合模糊控制器实时性好、效率高;无论是单个任意形状的障碍物还是多个连续障碍物,复合模糊控制器都能有效地引导仿生机器鱼避开障碍物,到达目标点。微型仿生机器鱼3维仿真系统为研究仿生机器鱼的自主避障能力提供了可靠、逼真、便利的平台。     

基于深度强化学习的欠驱动仿生机器鳗鱼控制研究

水下仿生机器人具有高效率、高机动性、低噪声等优点,针对仿生机器鳗鱼存在设计复杂、控制难度大等问题,该文提出了一种新型欠驱动机器鳗鱼的控制方法。首先,基于主动加被动的仿生机构推进原理,设计了两段主动体与两段被动顺从体相结合的机器鳗鱼仿生机构;然后,在仿真环境中进行建模,利用深度强化学习算法进行数据收集和训练,选择表现良好的神经网络在仿真环境中进行控制测试,从而得到机器鳗鱼的控制函数;最后,通过对比实验,验证了该文设计方法的可行性以及控制函数的有效性,实现了对机器鳗鱼的控制。     

基于CFD的仿鲹科机器鱼动力学建模与运动控制

仿生机器鱼的运动控制是仿生机器鱼推广应用的基础;然而,仿鲹科机器鱼的推进一般采用鱼体波数据,很少采用真实鱼类游动数据;为了深入探究仿鲹科机器鱼运动控制方法,采用了计算流体力学方法,通过标定流体介质、来流速度、鱼体几何形状等措施,利用Fluent软件进行了建模,然后针对鱼体波数据和真实金枪鱼游动采样数据两种不同推进数据对仿生机器鱼进行了仿真和实验;结果表明对于多关节仿生机器鱼推进方面,真实金枪鱼游动采样数据相较于常见的鱼体波产生的推进数据,在躯干进行大幅值摆动的情况下效果更好;这一仿真和实验对比为仿鲹科机器鱼的高效运动控制提供了一种新思路。     

基于惯性姿态参量量化融合的机器腿仿生步态控制

为了提高机器腿仿生步态控制的稳定性,提出一种基于惯性姿态参量量化融合的机器腿仿生步态控制方法。构造机器腿仿生步态的运动学模型,进行机器腿仿生步态控制约束参量建模,采用陀螺仪和加速度计等位姿传感器进行姿态参量采集。采用扩展卡尔曼滤波方法进行机器腿的惯性姿态参量融合并输入到时控制执行器中。针对未知扰动对机器腿步态参量控制的误差,采用自回归更新方法进行姿态参量误差反馈修正,实现机器腿仿生步态稳定控制。仿真结果表明:提出的方法对机器腿仿生控制的稳定性较好,姿态参量的定位跟踪能力较强,提高机器腿步行的稳健性。     

仿生机器蟹足力觉检测系统

针对二十四自由度仿生机器蟹研制过程中面临的复杂障碍环境行走的问题,给出应变梁结构的蟹足力觉检测与反馈系统,该传感器采用了梁式应变计,与蟹腿集成为一体,将应变力变换为电信号,经放大器、A/D转换器等信号处理后送入FPGA实时解耦、计算,将X,Y,Z轴的力觉信号通过485总线传到上位机,上位机中建立了机器蟹足与障碍物接触的力觉模型,使机器蟹能够判断障碍物的概况。实验结果表明:该系统测量精度达到了4.5%,响应时间为50μs,能够有效地感知障碍物情况。     

单驱动仿生机器鱼加速-滑行动态特性的数值研究

通过变截面悬臂梁受迫振动响应模拟鱼体变形,设计了单驱动仿生机器鱼.建立了机器鱼自主游动中变形体耦合动力学方程,运用数值仿真研究的方法探讨了其"加速-滑行"游动模式的动力特性.发现可以通过加速时间和滑行时间的组合得到更高的游动效率,拓展了机器鱼的高效运动控制模式.     

水下仿生机器鱼的研究进展III——水动力学实验研究

作为仿生推进技术研究的一个主要环节 ,仿生机器鱼平台的实验测试研究具有重要的意义 .本文建立了一套比较系统完整的机器鱼水动力学定性观察 ,定量测量的实验环境 ,并进行了速度功率参数影响测定实验、鱼体流动显示实验和鱼体运动阻力测定实验 .     

云环境中可信虚拟平台的远程证明方案研究

云环境中如何证明虚拟平台的可信,是值得研究的问题.由于云环境中虚拟平台包括运行于物理平台上的虚拟机管理器和虚拟机,它们是不同的逻辑运行实体,具有层次性和动态性,因此,现有的可信终端远程证明方案,包括隐私CA （privacy certification authority,简称PCA）方案和直接匿名证明（direct anonymous attestation,简称DAA）方案,都并不能直接用于可信虚拟平台.而TCG发布的Virtualized Trusted Platform Architecture Specification 1.0版中,可信虚拟平台的远程证明方案仅仅是个框架,并没有具体实施方案.为此,提出了一种自顶向下的可信虚拟平台远程证明实施方案——TVP-PCA.该方案是在虚拟机中设置一个认证代理,在虚拟机管理器中新增一个认证服务,挑战方首先通过顶层的认证代理证明虚拟机环境可信,然后通过底层的认证服务证明运行于物理平台上的虚拟机管理器可信,顶层和底层证明合起来确保了整个虚拟平台的可信,有效解决了顶层证明和底层证明的同一性问题.实验结果表明,该方案不仅能够证明虚拟机的可信,而且还能证明虚拟机管理器和物理平台的可信,因而证明了云环境中的虚拟平台是真正可信的.     

基于无干扰理论的虚拟机可信启动研究

云计算作为一种新型高价值计算系统,目前被广泛应用于各行业领域;等保2.0中也提出了对其应用主动免疫可信计算技术进行动态可信验证的要求.云计算模式下,虚拟机作为用户使用云服务的直接载体,其可信启动是虚拟机运行环境可信的基础.但由于虚拟机以进程的形式运行在物理节点上,其启动过程呈现出高动态性,且多虚拟机域间存在非预期干扰等特点;而现有的虚拟机可信启动方案存在虚拟机启动过程的动态防护性不足、缺乏多虚拟域间非预期干扰性排除等问题.针对上述问题,提出一种基于无干扰理论的虚拟机可信启动研究方案.首先,基于无干扰理论,提出了虚拟机进程的运行时可信定理;进一步地,给出了虚拟机可信启动的定义并证明了虚拟机可信启动判定定理.其次,依据虚拟机可信启动判定定理,基于系统调用设计监测控制逻辑,对虚拟机启动过程进行主动动态度量与主动控制.实验结果表明所提方案能够有效排除复杂云环境下多虚拟机间非预期干扰,保证虚拟机启动过程的动态可信性,且性能开销较小.     

虚拟计算平台远程可信认证技术研究

与传统的单机系统按照可信平台模块、可信BIOS、操作系统装载器、操作系统内核的信任链传递方式不同,虚拟化计算环境信任链按照可信平台模块、可信BIOS、虚拟机监控器和管理虚拟机、用户虚拟机装载器、用户虚拟机操作系统装载器、用户虚拟机操作系统内核的方式进行.文章对虚拟计算平台远程完整性验证的安全需求进行了分析.为防止恶意的虚拟机监控器篡改虚拟机的完整性证明,文章提出虚拟机平台和虚拟机管理器两级的深度认证.在对虚拟机认证过程中,远程挑战者需要通过虚拟机或者直接与虚拟平台建立联系来认证平台的虚拟机管理器层.为防止中间人攻击,文章提出将物理平台寄存器映射到各虚拟平台寄存器的方式解决虚拟机与物理平台的绑定问题.     

基于虚拟机动态迁移的负载均衡策略

针对数据中心由于异构节点资源利用率不均衡导致的负载均衡问题,本文提出了一种基于动态阈值的迁移时机判决算法与基于负载类型感知的选择算法相结合的虚拟机动态迁移选择策略.该策略先通过监控全局负载度与高低负载节点占比动态调整状态阈值,并结合负载评估值判断迁移时机;再分析虚拟机负载类型,依据虚拟机与节点资源的依赖度、虚拟机当前内存带宽比和虚拟机贡献度选择待迁移虚拟机,并根据虚拟机与目的节点的资源匹配度与迁移代价选择目的节点,实现对高负载与低负载节点的虚拟机动态调整,从而优化节点资源配置问题.实验结果表明,该策略可以有效减少虚拟机迁移次数并保证数据中心服务质量,最终改善数据中心的负载均衡能力.     

基于增强型虚拟机的软件保护技术

针对目前日益严峻的软件保护问题,对现有基于虚拟机的软件保护技术进行分析与研究,对虚拟机保护技术进行了改进,设计了一种增强型虚拟机软件保护技术。采用了虚拟花指令序列与虚拟指令模糊变换技术,并对虚拟机的虚拟指令系统做了改进,从而提高了虚拟机执行的复杂程度与迷惑程度,具有高强度的反逆向、防篡改、防破解的特点。实验分析表明,增强型虚拟机保护技术明显优于普通型虚拟机保护技术。     

基于虚拟化的系统安全增强及显卡透传研究

针对个人终端操作系统安全问题,提出一种基于系统虚拟化技术的操作系统安全增强模型,研究提高该模型下KVM虚拟机显示性能的显卡透传技术。实验结果表明,显卡透传技术能够克服虚拟机客户操作系统的显示性能缺陷,使得客户机操作系统能够像真实操作系统一样满足图形显示与处理的应用,适用于终端安全领域。     

基于虚拟化技术的客户虚拟机内核模块检测方法

虚拟化技术是云计算的关键技术之一.同时,监视虚拟机又是虚拟化平台的一个重要功能.为了更好的获取客户虚拟机的内部信息,在Xen虚拟化环境中设计并实现了一种轻量级的虚拟机内核模块检测方法KMDM. KMDM驻留在宿主机里面,利用虚拟机自省机制来获取被监控虚拟机的内核模块信息.实验结果表明, KMDM能够全面检测客户虚拟机的内核模块信息,检测结果准确、可靠.     

VMOffset:虚拟机自省中一种语义重构改进方法

虚拟机自省是一种在虚拟机外部获取目标虚拟机信息,并对其运行状态进行监控分析的方法.针对现有虚拟机自省方法在语义重构过程中存在的可移植性差、效率较低的问题,提出了一种语义重构改进方法VMOffset.该方法基于进程结构体成员自身属性制定约束条件,可在不知道目标虚拟机内核版本的情况下,自动获取其进程结构体关键成员偏移量,所得偏移量可提供给开源或自主研发的虚拟机自省工具完成语义重构.在KVM（kernel-based virtual machine）虚拟化平台上实现了VMOffset原型系统,并基于不同内核版本操作系统的虚拟机,对VMOffset的有效性及性能进行实验分析.结果表明：VMOffset可自动完成各目标虚拟机中进程级语义的重构过程,具有可移植性与安全性,且仅对目标虚拟机的启动阶段引入0.05%之内的性能损耗.     

基于Alpha处理器的系统级仿真实现

以Alpha处理器作为实现平台,将系统仿真软件QEMU移植到Alpha上,使基于x86结构的Linux操作系统可以运行在系统虚拟机中,实现Alpha处理器与x86程序的兼容。对该虚拟机进行性能测试,通过统计代码膨胀率,找出制约虚拟机性能的指令类型,为虚拟机性能优化工作提供参考数据。     

Dalvik虚拟机在龙芯平台上的移植与实现

在分析Dalvik虚拟机的结构和运行机制的基础上,针对龙芯处理器平台,研究移植Dalvik虚拟机的关键技术,描述Dalvik解释器的执行流程与方法调用过程中解释器栈帧的作用,实现可以完整运行Android系统的龙芯Dalvik虚拟机。对移植后的Dalvik虚拟机进行性能分析,并给出后续优化方案。