基于二阶一致性算法的多仿生机器鱼分布式编队控制

针对动态领航者按照自身动力学模型运动, 多个跟随者机器鱼以其为编队参考点, 根据编队要求形成队形并整体跟随领航者运动的问题, 提出一种多仿生机器鱼分布式编队控制方案. 首先, 基于二阶一致性算法给出各跟随者机器鱼估计领航者位姿信息的分布式算法;其次,给出以领航者为参考点的多仿生机器鱼编队描述方法,进而各机器鱼根据编队要求以所估得的参考点信息实时确定其在编队中的期望位姿; 再次, 各跟随者机器鱼以期望速度和角速度以及所估得的领航者位姿信息为输入, 利用模糊控制器确定其速度档位和方向档位, 实现编队的形成与保持. 仿真和实验结果均表明, 所提分布式编队控制方法是有效的, 仿生机器鱼群体能够较快形成期望队形并跟随领航者游动.     

基于CPG模型的仿生机器鱼运动控制

仿生机器鱼的研究已经成为一个富有挑战性的热点问题.为了控制机器鱼自身的运动和姿态,本文研究了胸鳍对机器鱼运动的影响,并且基于CPG模型,提出了一种运动控制方法.采用的控制模型由4个振荡器构成,可根据反馈的信息产生节律信号以控制机器鱼胸鳍和尾鳍的运动.根据CPG模型参数与反馈输入之间的关系,设计了机器鱼俯仰和转弯反馈控制方法,利用反馈的信息自主调节CPG参数,达到控制胸鳍运动模式的目的.仿真实验验证了控制模型和反馈策略的有效性.     

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。     

仿生机器鱼的设计及其运动控制研究

本文基于简化的鲹科鱼类的运动学模型,采用多关节的驱动方式和一种多电机的角度控制算法对机器鱼进行运动控制,并通过实验得到了验证,同时,为机器鱼设计了传感器网络,并运用智能避障的方法,使机器鱼具备一定的自主能力。     

基于模糊控制的仿生机器鱼转向控制研究

针对一类微小型仿生机器鱼的转向控制问题,结合其自身运动的特点,提出一种基于模糊控制的转向控制算法.根据实验室经验建立模糊控制规则,运用Mamdani推理,构造出控制响应表.通过避障问题对算法进行验证,仿真结果表明,该方法对机器鱼的转向控制有效,可行且能满足实时性的要求.     

一种基于视觉的仿生机器鱼实时避障综合方法

提出了一种基于视觉的仿生机器鱼实时避障综合方法,该方法基于HIS颜色模型,利用MMX指令和SSE指令,采用并行处理算法实现图像的快速处理;然后,基于栅格法建立环境模型,利用势场法获得优化路径规划策略,在此基础上,采用模糊方法对机器鱼的运动方向进行控制,利用速度分布函数对机器鱼的运动速度进行控制,实验结果表明了所提方法的有效性和可达性。     

仿鲹科机器鱼的倒退游动控制

给出了一种新型的仿鲹科机器鱼倒退游动控制方法. 在已有多关节仿鲹科机器鱼的基础上, 仿照欧洲鳗鱼的倒退运动机理, 修正机器鱼尾部关节的摆动规律, 进而实现倒游运动. 给出鲹科机器鱼游动的定性分析, 用于分析仿鲹科机器鱼推进机理和倒退游动的方法. 组合其他运动, 实现倒退游动、倒游中转弯等运动. 通过实验, 给出了机器鱼摆动频率和倒退运动速度之间的关系, 验证了本文所提方法的有效性.     

仿生机器鱼俯仰与深度控制方法

提出一种基于重心改变法的仿生机器鱼俯仰姿态与深度控制方法, 用于实现机器鱼水中的浮潜运动. 该方法利用一种可调整位置的配重块结构, 改变机器鱼的重心位置, 进而实现机器鱼俯仰姿态的调节. 在对机器鱼内部配重块位置和机器鱼俯仰角的关系进行分析的基础上, 对一定速度下机器鱼的深度与俯仰角的关系进行建模, 提出由于尾部形变引起的俯仰姿态变化的补偿方法. 文中给出机器鱼原形样机的相关实验, 分析验证配重块位置变化和机器鱼重心及其姿态的调整, 深度控制等在多种情况下的结果.     

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.     

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．     

基于决策树的羽流追踪机器人自主决策方法研究

针对无法获得可靠羽流流向信息不利于实现羽流追踪的问题，提出了一种基于决策树的羽流追踪移动机器人自主决策方法。该方法通过移动机器人两侧的浓度传感器采集到的浓度信息，利用追踪的行为规则建立决策树模型，获得行为决策信息，使机器人高效地追踪到羽流并精确地定位。由于浓度变化关系蕴含了羽流的流向及流速信息，从而取代了传统方法中流向及流速传感器。在扩散环境下，通过移动机器人羽流追踪实验，实现了良好的源定位效果。     

基于机器鱼的违规排污口定位方法

为解决违规排污口的侦测和定位的问题,本文使用机器鱼作为传感器的城体对违规排污口排放的污染物质进行检测分析,结合污染物的扩散模型对污染物浓度场进行分析并对排污阴进行定位。论文对违规排污侦测机器鱼所需的功能进行了分析,并根据分析结果对机器鱼的机械机构和内部电路结构进行设计,使用机器鱼结合污染物的扩散模型的方法设计出违规排污口的追踪定位方法,并对机器鱼和追踪算法进行实际测试,通过实际测试表明了设计的正确性。     

3-D Locomotion control for a biomimetic robot fish

This paper concerns with 3-D locomotion control methods for a biomimetic robot fish. The system architecture of the fish is firstly presented based on a physical model of carangiform fish. The robot fish has a flexible body, a rigid caudal fin and a pair of pectoral tins, driven by several servomotors. The motion control of the robot fish are then divided into speed control, orientation control, submerge control and transient motion control, corresponding algorithms are detailed respectively. Finally, experiments and analyses on a 4-link, radio-controlled robot fish prototype with 3-D locomotion show its good performance.     

信息融合在移动机器人轨迹模糊跟踪中的应用

在机器人轨迹跟踪过程中,机器人自动跟踪的精度直接影响跟踪效果;以3自由度移动机器人为研究对象研究了机器人轨迹模糊跟踪系统,且在该系统中,采用多个传感器同时对移动机器人进行跟踪检测,并利用融合算法对其进行融合,将融合后的结果作为模糊控制器的输入;计算机仿真结果表明,在3自由度移动机器人轨迹跟踪中,采用多传感器信息融合是合理的、可行的;且可以减少跟踪过程中由传感器引起的误差对跟踪精度的影响,提高控制精度.     

An Autonomous Water Vapor Plume Tracking Robot Using Passive Resistive Polymer Sensors

A simple reactive robot is described which is capable of tracking a water vapor plume to its source. The robot acts completely within the plume and is endowed with no deliberate information about wind direction or speed, yet accurately tracks the plume upstream. The robot's behavior, results from the behavior of simple resistive polymer sensors and their strategic placement on the robot's body.     

Fuzzy neural networks for obstacle pattern recognition and collision avoidance of fish robots

The problems of detection and pattern recognition of obstacles are the most important concerns for fish robots’ path planning to make natural and smooth movements as well as to avoid collision. We can get better control results of fish robot trajectories if we obtain more information in detail about obstacle shapes. The method employing only simple distance measuring IR sensors without cameras and image processing is proposed. The capability of a fish robot to recognize the features of an obstacle to avoid collision is improved using neuro-fuzzy inferences. Approaching angles of the fish robot to an obstacle as well as the evident features such as obstacles’ sizes and shape angles are obtained through neural network training algorithms based on the scanned data. Experimental results show the successful path control of the fish robot without hitting on obstacles.     

基于IPMC 驱动的自主微型机器鱼

本文从微小型鱼类的运动和受力分析入手,基于人工肌肉IPMC（离子聚合物金属复合材料）的特性, 进行微型机器鱼的结构和控制系统的设计．在此基础上实现仿小型鱼类的各种运动模式,然后,讨论了IPMC 驱动 器推进效率的优化．实验结果证明,基于IPMC 的厘米级机器鱼是可行的：通过改变控制信号的频率和占空比,实 现微型机器鱼的速度控制;通过控制胸鳍和尾鳍,实现上浮、下潜、转弯、巡游等运动模式．最后从尾鳍推进器的结 构角度分析了如何提高推进效率．     

胸鳍推进机器鱼俯仰稳定性分析

胸鳍推进机器鱼的胸鳍在通过扑动产生推力的同时,也会产生纵向扰动,引起机身的俯仰运动,对应用产生一系列的影响.本文在传统潜艇稳定性概念的基础上建立了胸鳍推进机器鱼的俯仰稳定性模型,证明了机器鱼的俯仰运动系统是一个二阶线性系统;分析了由胸鳍扑动引入的扰动,证明其中包含常量分量、扑动频率的一倍频分量和二倍频分量.最后进行了样机的游动实验,实验结果间接证明了俯仰运动模型和胸鳍扑动扰动模型的正确性.     

虚拟现实技术下分拣机器人嵌入式遥控系统设计

为了解决当前遥控系统控制分拣机器人执行既定任务时存在目标轨迹跟踪效果不佳、跟踪误差较大,任务执行成功率较低、失误率较高以及系统响应延迟时间较长等缺点,提出并设计了基于虚拟现实技术的分拣机器人嵌入式遥控系统,研究通过分析虚拟现实系统组成结构基础上,将虚拟现实技术与分拣机器人技术有机结合,依据模块化、标准化、开放性和可用性原则,利用虚拟现实技术设计了具有临场感的操作指令输入输子系统和分拣机器人具有真实感的虚拟场景仿真子系统的嵌入式遥控系统;并给出了嵌入式遥控系统的基本功能单元和具体操作流程;依据该流程采用QNX Neutrino系统作为分拣机器人本体控制器,同时采用工业现场总线EtherCAT作为系统网络通信支撑,设计了嵌入式遥控系统软件控制程序,完成了基于虚拟现实技术的分拣机器人嵌入式遥控系统设计。模拟实验结果验证了设计系统的有效性,获得了较好的目标跟踪效果,减小了跟踪误差,提高了分拣机器人任务执行成功率,同时提高了系统效率。