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.     

利用关系因子解决机器鱼的转向问题

本文以单鱼顶球为例,根据鱼到击球点的方向与鱼球到球门中心位置方向的相对夹角,划分进攻区域,同时根据鱼的方向与鱼到击球点的方向的相对夹角划分鱼的方向状态。在确定进攻区域和方向状态后,考虑关系因子的权重,参考关系因子设计动作,最后经过实验的反复调试、校正、制定出有效地动作集。     

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．     

基于滑模方法的机器鱼运动控制

本文分析机器鱼的运动特点,以及水环境的复杂性,研究机器鱼的运动控制问题。为更好地研究机器鱼的控制方法,通过建立机器鱼的模型以及水波动力学模型的方法设计仿真控制平台,并且选择含有等效控制设计以及矫正控制设计两个阶段的滑模方法,作为机器鱼的运动控制方法。在实验中,滑模方法设计的控制规律同时控制实际机器鱼以及仿真平台中的机器鱼仿真模型,并证明运动控制方法的有效性以及该仿真平台的有效性。     

一种基于图像的机器鱼动态跟踪算法

近年来,关于复杂背景下识别和跟踪运动目标、动态目标空间位置的测量和自动跟踪等问题引起国内外学者的广泛重视,并进行了一系列探索性的研究。本论文采用的快速简单的色彩跟踪算法——CamShift算法,已被广泛用于跟踪人脸、手等运动物体,这里将其用来跟踪水下仿生机器人。CamShift算法是MeanShift算法的改进,它灵活地运用统计调查方法来寻找分布概率的模式。本文注重该算法在机器鱼跟踪问题的设计与实现,并进行了实验。实验结果显示了算法的有效性。     

仿生机器鱼水球比赛策略系统的初步探究

文章介绍仿生机器鱼水球比赛的基本情况,总结策略系统在整个比赛系统所占的地位及重要性,阐述策略系统的基本特点及在设计策略系统时需要考虑和注意的问题。本文还给出一种基于层次模型的策略系统,详细地描述各个层次的任务和作用,提供实现各个模块的一些基本想法和出发点,为设计和实现更加完善的策略系统提供了一定的借鉴和参考。     

机器鱼的无半径转弯

在研究机器鱼机动性的情况下,建立了无半径转弯的运动学模型,该模型实现了机器鱼在改变方向时不影响位置的变化,最后通过水动力学分析和仿真实验验证这一理论是合理的.     

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.     

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。     

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.     

机器鱼水球比赛中“非精确”策略的探析

策略在机器鱼水球比赛中起着至关重要的作用,本文以策略的编写为出发点,通过对机器鱼在水球比赛中路径的分析,结合机器鱼在比赛中的可能出现的实际情况,提出了一种新的策略,即＂非精确＂策略,接着对该策略进行了介绍,与其他策略进行了比较,并阐述了其优点。     

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.     

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.     

仿生机器鱼运动控制算法研究

footnotesize A practical motion control strategy for a radio-controlled, 4-link and free-swimming biomimetic robot fish is presented. Based on control performance of the fish the fish's motion control task is decomposed into on-line speed control and orientation control. The speed control algorithm is implemented by using piecewise control, and orientation control is realized by fuzzy logic. Combining with step control and fuzzy control, a point-to-point (PTP) control algorithm is proposed and applied to the closed-loop experimental system that uses a vision-based position sensing subsystem to provide feedback. Experiments confirm the reliability and effectiveness of the presented algorithms.     

仿生机器鱼动力电源管理专家系统设计

提出一种基于专家系统控制策略,能监控电池充电、放电并实现电池单元自动切换控制的直流动力电源管理专家系统。该动力电源管理专家系统软件采用模块化设计,硬件采用光电隔离手段。将动力电源管理专家系统应用在SPC3-UUV仿生机器鱼平台上,试验结果表明该系统在机器鱼长航程巡游过程中运行良好,实现了电源的科学管理和实时控制,有效提高了可靠性。     

微小型仿生机器鱼设计与实时路径规划

提出一种结构紧凑, 运动灵活, 装配多传感器, 可自主游动的微小型仿生机器鱼系统设计方案. 在仿鲹科加月牙尾模式鱼类运动研究的基础上, 给出了微小型机器鱼推进、转弯等运动的控制方法. 结合运动控制和传感器信息处理, 给出了基于红外传感器的自主避障算法和基于光敏传感器的主动趋光算法, 进而提出了基于这两种传感器信息感知的动态光源跟踪方法. 通过实验, 给出了机器鱼尾部摆动频率、幅度和运动速度之间的关系, 验证了机器鱼追踪动态光源算法, 表明了本文所提系统设计方案和算法的有效性.     

一种新型的胸鳍摆动模式推进机器鱼设计与实现

首先研究了牛鼻鲼的形态学特点,对牛鼻鲼的运动学特性进行了观测,并进行了运动学建模;然后基于“结构相似”的原理,研制出一种新型的胸鳍摆动模式推进机器鱼——“牛鼻鲼—I”．该机器鱼被设计成扁平形,由主体和胸鳍两部分组成,无尾鞭,主体为刚性,三角形胸鳍为弹性．整个机器鱼总质量为1kg,弦长300mm,最大展宽为500mm．机器鱼通过8个左右对称的伺服电机按照一定的相位差驱动刚性鳍条,在胸鳍上实现了0.4个波长的正弦推进波．在水箱实验中,当左右胸鳍同向运动时,机器鱼达到了0.13m/s的前进速度和0.15m/s的后退速度;当左右胸鳍反向运动时,机器鱼在约8s内完成了原地360转弯,表现出优良的机动性．