仿生机器鱼技术研究进展及关键问题探讨

本文简要介绍了仿生机器鱼技术在仿鱼推进机理研究中的地位和作用，探讨了这一领域关键的研究课题，并介绍了国内外几个机器鱼平台的研究进展。     

水下仿生机器鱼的研究进展IV——多仿生机器鱼协调控制研究

本文探讨了多仿生机器鱼群体游动协调的问题，这是仿生机器鱼技术研究的一个新的 方向，目前尚无人涉足．首先研制了一套具有高效、高机动性的微小型多机器鱼平台，提出 了基于AGENT的网格算法进行多机器鱼的定位和协调控制，利用该实验平台，进行了多机器 鱼对抗和多机器鱼协调过孔的实验研究．     

多仿生机器鱼控制与协调

仿生机器鱼是包含水动力学控制和机器人技术的多学科问题。本文从机器鱼的运动学模型人手，解决运动控制问题；以实时视觉信息处理技术为前提，为多鱼协调定位提供位姿信息；基于行为选择机制的协作策略，为机器鱼的任务级协作打下基础；最后，将所有算法集成到我们开发的多仿生机器鱼协调系统(Multiple Robot Fishes corrdinate System,MRFS)上。     

仿生机器鱼研究的进展与分析

介绍了仿生机器鱼具有效率高、机动性好、噪音低、对环境扰动小的特点和几种分类方法, 以及国内外在鱼类推进机理和仿生机器鱼研制方面的成果和现状, 在此基础上分析了机器鱼研究的主要内容: 鱼类推进理论模型、仿生机器鱼机械结构、仿生机器鱼游动的推进速度、运动方程、Q效率、Q功率等方面的客观规律, 特别是其控制性能和相关技术问题.     

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。     

基于舵机控制的仿生鱼设计

为实现仿生机器鱼的设计,分析鱼类游动的特点,基于舵机的工作原理,提出了自主避障的仿生鱼设计方案。根据鱼类推进理论,对仿生鱼进行了机械结构设计、软件设计。     

水下仿生机器鱼的研究进展Ⅳ——多仿生机器鱼协调控制研究

本文探讨了多仿生机器鱼群体游动协调的问题,这是仿生机器鱼技术研究的一个新的方向,目前尚无人涉足.首先研制了一套具有高效、高机动性的微小型多机器鱼平台,提出了基于AGENT的网格算法进行多机器鱼的定位和协调控制,利用该实验平台,进行了多机器鱼对抗和多机器鱼协调过孔的实验研究.     

仿生机器鱼运动学模型优化与实验

以仿生学为基础的机器鱼是一种新型水下机器人,具有高速、高效、节能等方面优势。为进一步探索仿生机器鱼的运动机理,指出了当前仿生机器鱼运动学模型存在的不足,即未考虑因制造、鱼体结构的影响,而产生的头部左右摆动。故在考虑仿生机器鱼头部摆动的情况下,构建头部摆动方程,引入摆动偏移量,修正其运动学模型。利用MATLAB对模型进行优化,分析结果表明修正后的运动学模型更能够描述实体仿生机器鱼的游动特性。最后,将修正后的运动学模型,运用到三关节仿生机器鱼上进行实验,结果表明,该模型能够有效地抑制仿生机器鱼头部摆动,进而提高了仿生机器鱼的游动速度。     

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.     

一种2自由度胸鳍推进机构设计与动力学分析

以箱鲀为仿生对象,设计了一种两侧胸鳍对称布置,单侧2自由度胸鳍能够实现摇翼运动、前后拍翼运动以及两者复合运动的仿生机器鱼,建立了其利用"划水模式"推进的水动力学模型,通过数值方法给出了胸鳍摆动周期、幅值以及初始角的变化与直线游动速度之间的关系,实验结果验证了其有效性.在此基础上,确定了所设计仿生机器鱼采用"划水模式"推进时的直线游动模态.研究结果表明,胸鳍"划水模式"推进的仿生机器鱼具有较高的效率和运动速度.     

基于边缘检测的图像分割方法及其在机器鱼中的应用

针对仿生机器鱼在目标识别、追踪任务中的需求，结合基于阈值的图像分割算法和基于Sobel算子的边缘检测技术，给出了一种基于目标图像阈值自适应调整策略的图像分割方法．克服了基于固定阈值的图像分割算法不能适应环境光照变化的缺点．该方法应用于仿生机器鱼的水下目标识别任务中，实验结果表明了该方法是有效的．     

基于模糊自适应串级PID控制器的仿生机器鱼位姿控制

为提高仿生机器鱼位姿的控制精度,针对串级PID控制器中固定的内环比例、积分、微分系数不能较好地适用于仿生机器鱼所面临的复杂水环境,且控制参数整定难度大等问题进行了研究。首先,在串级PID控制器的仿生机器鱼位姿控制的基础上,利用模糊控制实时调整串级PID控制器中内环的控制参数,提出基于模糊自适应串级PID控制器的仿生机器鱼位姿控制算法。然后,在多水下机器人协作控制系统平台下进行对比实验。实验结果表明,与串级PID控制器相比,模糊自适应串级PID控制器减少了仿生机器鱼到达目标位姿的时间,降低了位姿误差,验证了算法的有效性。     

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。     

水下仿生机器鱼的研究进展I——鱼类推进机理

仿生机器鱼技术是近年来水下机器人领域研究的热点之一，它为研制高效、高机动性 和低噪声的水下运载器提供了新的思路．本文以鱼的脊椎曲线为研究对象，提出了一种新的 鱼类推进机理——波动推进，分析了波动推进过程中的运动阻力．通过鱼类游动观测实验和 仿生机器鳗鱼的研制，验证了该理论的有效性．     

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．     

一种仿生机器鱼游动控制的研究

针对现有仿生机器鱼水中碰撞响应处理较困难的问题,提出一种空间群体机器鱼的规划算法,群体中相近的机器鱼形成网络,互相共享环境和目标信息.而在该网络中的机器鱼路径规划采用集中式规划.从整体上来看全部的机器鱼路径规划方法采用集中式规划,但网络之间采用分布式规划方法.通过在仿真平台上的测试,仿真稳定可靠,达到预期设计目标.     

基于波浪能获取的多关节仿生机器鱼能源自给系统

为解决仿生机器鱼水下长期服役的能源瓶颈问题,提出利用波浪能摆动关节来发电的多关节仿生机器 鱼能源自给系统．根据随机波浪理论分析了海浪的频谱特性和获能潜力,设计了利用关节摆动发电的能源获取系 统,并建立该系统的机电模型．最后,通过仿真模拟和单关节摆动发电试验验证了该方法的可行性,为仿生机器鱼 水下长期服役的能源自给系统设计提供了参考．     

机器人技术与应用——丰富知识 推动市场（2004年总目录）

(2004年总目录)第三期[特 稿] 1 亮点中的亮点 ――机器人赴绵阳科博会纪实 4 关爱老区 促进跨越发展 863远程医疗调研团在延安受到热烈欢迎[综 述] 8 国内冲压自动化线成套技术 及装备供应能力研究 刘 川等[机器人比赛]13 小型组机器人足球系统研究 郑志强[国外发展]17 俄罗斯微型机器人研究现状[产品技术]20 地面反恐排爆机器人的机械运动探讨 明守远等[技术应用]31 仿生机器鱼玩具的机构设计、仿真与实现 张志刚等36 基于ASU的智能喷水灭火机器人…     

形状记忆合金驱动仿生蝠鲼机器鱼的设计

研究了一种采用鳐科模式游动、柔性胸鳍摆动方式推进的形状记忆合金（SMA）丝驱动型仿生蝠鲼机 器鱼．首先,对双吻前口蝠鲼游动动作进行了分析,建立了蝠鲼胸鳍柔性摆动的简化运动模型．然后对能够模仿蝠 鲼肌肉动作的智能材料进行了分析．最后设计了SMA 丝驱动的柔性仿生胸鳍和仿生蝠鲼机器鱼,并分析了SMA 丝 的热力学特性,确定了控制规律．该机器鱼外形与双吻前口蝠鲼外形相似,身体呈现扁平形状,有一对三角形的柔 性仿生胸鳍,直线游动速度达到79 mm/s,最小转弯半径为118 mm．该机器鱼游动稳定性好,无噪声．     

仿生机器鱼的检测与特征提取

在现有仿生机器鱼平台的基础上研究了仿生机器鱼的检测和特征提取算法,并采用均值背景模型结合大津法计算的阈值计算出机器鱼位置,采用前后背景的自适应更新方式减少光照改变的影响以及机器鱼影子的干扰。然后通过数学形态学处理,得到最终的二值图像并将符合要求的二值图像块数目标记在左上角。将目标块用外接矩形围住,通过相应的公式计算出各机器鱼二值图像的几何特征。实验结果证明可以达到预期要求。