基于Hopf振荡器的仿生机器魟鱼胸鳍波形控制算法

为了获得与生物魟鱼胸鳍相近的推进波形和游动性能,提出基于Hopf振荡器的仿生中枢模式发生器（CPG）胸鳍波形控制策略. 针对仿生机器魟鱼的结构与游动特征,利用20个Hopf振荡器耦合构建中心式CPG拓扑网络模型;通过输入参数幅值、频率和波数,控制该拓扑网络模型输出仿生机器魟鱼定常巡游、加速游动和机动转弯3种游动模式下胸鳍波形的动态位置信号. 通过仿真验证了该拓扑网络模型能够快速响应输入参数的变化,稳定输出平滑、连续的动态位置信号. 通过试验研究该拓扑网络模型控制仿生机器魟鱼胸鳍波动的可行性以及网络的输入参数对仿生机器魟鱼游动性能的影响. 试验结果表明,该模型能够稳定地输出耦合的波形信号,控制仿生机器魟鱼鳍面形成与生物鱼相似的推进波形,实现各游动模式以及各游动模式间灵活平滑地切换.     

仿生机器魟鱼研制与游动性能实验研究

为了开发一种游动稳定性和机动性高的水下机器人,从鳐科模式游动的魟鱼胸鳍波动推进中得到灵感,在分析肌肉和骨骼结构的基础上,设计带有环形长鳍的仿生机器魟鱼,研究机动游动的控制策略.研制仿生机器魟鱼样机.基于游动图像序列处理方法,通过实验研究波动频率和幅值对游动性能的影响.结果表明,仿生样机能够实现与魟鱼相似的游动运动,游动稳定性好、机动性高,直线游动速度和原地转弯速度随波动频率和波动幅值的增大而增大,最大直线游动速度为109mm/s,最大原地转弯速度为93°/s.     

仿生机器鱼监控系统设计与实现

仿生机器鱼作为一种高效的水下推进机器人,在水域探测、开发、安防等方面具有广阔的潜在应用前景。仿生机器鱼监控系统的设计是仿生机器鱼游动机理和运动控制的重要基础。文章围绕监控系统的硬件、软件、无线通信与系统界面,设计了一种仿生机器鱼监控系统,搭建了仿生机器鱼监控系统实验测试平台,并对其测试结果进行分析。结果表明:仿生机器鱼根据系统中的输入命令能够做出相应的动作,同时系统界面上产生不同运动模态下的曲线;仿生机器鱼执行命令时实时向监控计算机发送返回值,实现两者之间的无线通信协议;监控计算机与仿生机器鱼可以实现稳定交换游动控制命令、游动模式、游动姿态等数据,运行效果良好。     

一种双关节机器鱼的设计与实现

针对水产养殖和水环境保护领域对移动式水质监测的需求,本文设计了一种双关节仿生机器鱼。通过分析机器鱼的游动和转向规律,建立了双关节机器鱼的动力学模型,提出了基于模糊控制的复合避障算法、并通过仿真验证了其可行性。选择双关节尾鳍推进方式,完成了机器鱼的机械结构设计;以STM32单片机为控制核心、舵机作为运动执行元件、5个红外测距传感器合理布局实现避障、Lora无线传输方式实现机器鱼与主机的通信,完成了机器鱼控制系统的设计。最后,搭载水质传感器在实际水域对该机器鱼进行了应用测试,测试结果表明机器鱼可以成功避开障碍物并完成水质参数的采集任务、数据准确性高且具有低扰动性。     

仿生机器鱼位姿模糊控制研究

仿生机器鱼处在非线性的、时变的、复杂的水环境中,难以建立精确的数学模型,其位姿控制成为当前的主要难题之一.为了解决这个难题,设计了一种适应的模糊控制算法,可以实时地控制机器鱼的方向和速度,通过调整方向和速度的误差两个变量,使机器鱼能够快速地、较精确地到达目标点.在现有的水下机器人协作控制平台下,进行了机器鱼从一个目标位姿到另一个目标位姿的游动实验,结果表明该算法计算量小,显著提高了机器鱼控制的精度,证明了算法的有效性及可靠性.     

水下仿生机器鱼控制平台的研究

针对水下仿生机器鱼(简称机器鱼)实验以及应用等要求,结合图像识别、无线通信和人工智能等技术,设计了机器鱼控制平台。该控制平台通过HLS变换,二值化等算法,克服了图像出像麻点与光照不均等影响机器鱼控制的问题。通过对实验结果分析,进一步验证了该平台对机器鱼控制的正确性和有效性。该控制平台能为机器鱼的研究提供良好的环境。     

仿鱼机器人C形起动的动力学分析

为提高螺旋桨式水下机器人的起动性能,以草食性鱼类体干摆动模式的水下推进方式作为高机动仿鱼机器人推进器的设计原型.由鲫鱼C形起动高速摄影图像的运动分析,推导出仿鱼机器人快速起动的体干运动方程.计算横向摆动流体举力、尾涡反作用力、边界层摩擦阻力和纵向附加质量力,建立C形起动的动力学模型.进行仿鱼机器人体干曲线波,以及多步态快速起动的运动学和动力学参数的仿真计算和优化设计,由数值计算和分析得出的结论和鱼类游动规律基本吻合,为研制具有快速起动性能的水下机器人提供理论基础和设计思路.     

多关节仿生机器鱼建模分析与仿真

针对仿生机器鱼建模的复杂性,以三关节机器鱼为研究对象,基于动力学和运动学进行机器鱼的模型构建,并进行控制方式的仿真分析。首先,对鱼类和机器鱼的控制方式、动力学和运动学特性进行分析。其次,使用SolidWorks搭建机器鱼物理模型,并将其导入MATLAB中以建立Simscape仿真模型。最后,通过仿真实验分析评估机器鱼模型性能。结果表明,机器鱼模型三个关节角度的时间变化曲线相对平滑,没有明显突变或抖动,展现出稳定的运动行为,验证了该模型在设计和参数调节方面的合理性。     

超磁仿生鱼快速起动的控制和设计

本文首先对自然界鱼类的基本构造和工作原理进行仿生.以合金薄板,贴在该薄板的超磁致伸缩材料和外磁场分别模拟鱼尾骨架,鱼体肌肉和控制鱼体摆动的神经.建立起一个力学模型和一种计算方法.通过数值分析,揭示了仿生机器鱼起动过程中最佳模式是从低阶模态到高阶模态的迅速过渡.这样可以通过控制外磁场(强度和频率),从而实现控制仿生机器鱼从静止快速起动目的.研究成果为仿生机器鱼的设计提供依据和技术.     

仿生机器鱼近壁面流场识别的人工侧线方法

针对仿生机器鱼目标近距离作业时的环境识别难题,提出一种基于人工侧线(ALL)的近壁面流场识别方法。理论分析了ALL感知近壁面流场环境的可行性,建立了ALL虚拟压力传感器阵列并采用计算流体动力学(CFD)方法计算并提取了不同参数条件下(来流速度v,靠壁距离d和游动频率f)仿生机器鱼的体表压力数据,建立了基于多层前馈神经网络的来流速度和靠壁距离预测回归模型,并对模型结构和数据特征进行了优化。结果表明:壁面效应将引起鱼体周围流场结构的非对称分布,鱼体头部和尾部的侧线传感器对流场参数的辨识度高,消除弱相关的特征对来流速度和靠壁距离预测指标的影响小且有利于降低预测模型的复杂度。研究结果能够为水下机器人环境识别的信息提取及处理提供理论方法。     

仿生蠕动型机器人动力学分析与仿真

为提高蠕动型机器人的适应性和行走效率,根据腹足动物蠕动原理,设计了一种可应用于人体大动脉血管介入诊疗的新型蠕动式机器人,该机器人的摩擦力控制模块使固定相与移动相的体节单元与管壁之间具有不同的摩擦系数,从而提高了蠕动效率,使机器人运动更平稳,承载能力更强。描述了机器人的结构与行走原理,分析了机器人在大动脉流场环境中的受力,利用空间算子代数方法,建立了机器人动力学模型,通过试验验证了机器人行走原理,在此基础上进一步进行了任务仿真,测试了机器人在不同环境中的动力学性能。样机试验和仿真的结果表明这种仿腹足动物蠕动式机器人达到了预期目的,而建模和仿真的方法对于其他类型蠕动式机器人也具有借鉴意义。     

直进轮式微型管道机器人的行走系统设计

微型管道机器人是一种适合小口径管内移动作业的微型机器人,其移动机构是机器人研究领域重要的研究内容之一.介绍了直进轮式微型管道机器人行走机构的设计.提出了管道内受限微机器人的动力学模型,并分析了微型管道机器人的动力学稳定性.该移动机构具有结构紧凑,驱动效率高,安装方便,工作可靠,成本较低的特点.     

基于表面张力的微型水面移动机器人漂浮机构研究

提出一种新型水面移动机器人,该机器人利用表面张力作用使机构漂浮,整体机构较为简单,长60mm、宽50mm、高35mm。对于针对漂浮机构进行了理论分析和实验研究,确定了宏微双重结构的漂浮机构拓扑构型和几何参数,将负载能力提高到了5.73g,为机器人的系统集成奠定了基础。     

轮式移动机器人在圆形管道中的运动学建模与仿真分析

微型管道机器人是一种适合小口径管内移动作业的机器人,其移动机构是机器人研究领域中重要的研究内容之一.本文在ADAMS环境下,建立了小口径六轮机器人运动模型,创建了相应的仿真环境,并进行了三维实体运动仿真,这为了解机器人工作空间的形态和大小提供了一种实验手段.本文还对管道内受限微型机器人的运动学模型进行了运动学分析.分析结果表明,该行走机构具有结构紧凑、驱动效率高、安装方便、工作可靠、成本低廉等特点.     

血管微型机器人无损伤体内驱动方法

介绍了一种新型血管机器人的运动原理和驱动机构。该机器人利用液体作介质，根据蝌蚪的泳动原理，通过尾部的摆动实现快速平稳的游动前进与转向，在后退中利用头部旋转产生的动压润滑效应实现快速悬浮倒退，在运动过程中避免了与管壁的接触，在血管内运动时不会对血管造成损伤。建立了血管机器人运动速度与驱动力理论分析模型。理论研究与实验结果表明，该机器人能以较快速度在平置的充满液体的微细玻璃管道中游动前进和悬浮倒退。     

肠道微机器人无损伤驱动原理真模型研究

本文提出了一种新的无损伤肠道微机器人系统的驱动机构和相应的驱动原理,建立了一种新的有关小肠肠道变形的仿真模型。本文研究了可广泛推广于无损伤进入生物体管道系统的微机器人研究之中。     

自平衡自行车机器人的运动学分析

针对一种自行车机器人进行了运动学分析,得到了自行车机器人横滚角度与倾倒角度和驱动速度之间的函数关系。从理论上给出了能够调整机器人稳定所需要的驱动速度的下界。只要驱动速度高于此临界值,就能够通过车把保持车体平衡。计算机仿真结果表明,当机器人具有不同横滚角度和车把转角的姿态时,要将其调整回平衡态所需的驱动速度处于以该临界值为下限的一个区间。基于这种运动学关系进行了自行车机器人的运动控制实验。通过将横滚角度理论计算值与自行车机器人的实验数据进行对比,发现这两者是基本一致的。从而通过实验验证了所提出的上述运动学分析的正确性。     

气动三自由度并联机器人设计与仿真分析

为了设计一种具有良好运动学性能的并联机器人,以基于气浮无摩擦缸驱动的3-UPU并联机器人为研究对象,对其进行运动学建模以及工作空间、动力学仿真分析。通过三维建模软件设计3-UPU并联机器人物理模型;根据机器人几何关系推导其运动学方程并基于数值解法得到该机器人的工作空间;采用遍历法求解机器人各支链旋转角度范围,从而得到该机器人在其工作空间的最大输出力分布情况。仿真结果表明,该机器人具有良好的运动学性能。     

一种工业机器人模态分析仿真与试验研究

以某工业机器人为研究对象,基于模态理论,通过仿真和试验方法开展机器人的模态分析. 首先建立典型姿态下机器人的三维模型,利用ANSYS Workbench软件与ADAMS软件分析机器人的理论模态,得到固有频率和模态振型等动态特性,并确定了振动薄弱部位. 其次使用力锤法开展机器人试验模态分析,并对机器人进行振动试验验证仿真结果的正确性. 最后针对振动表现剧烈部位提出优化方案. 分析结果表明:该机器人关节2、关节3易引起低频振动,且机器人小臂相对其他部件刚性较弱. 研究结果可对机器人优化设计与工作性能改进提供理论和试验参考.     

一种小型定位装配机器人的设计和研制

通过对定位装配机器人的功能分析,对一种小型定位装配机器人进行了总体设计．按照总体设计要求使用Pro／E软件对机器人的定点移动单元、零件抓取单元和定位装配单元进行了详细设计．通过材料选型和加工研制开发了小型定位装配机器人．对该机器人进行了局部单元测试,验证了局部设计方案的合理性和有效性,并通过指定任务测试验证了该机器人的多功能特性和可靠性．