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 .     

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II—小型实验机器鱼的研制

本文介绍了自行研制的一条小型实验机器鱼．该机器鱼作为研究仿生机器鱼的流体力 学性能的实验平台，具有刚性头部、5关节的柔性身体和月牙形尾鳍，采用无线遥控．机器 鱼体长890mm，水中最大速度为20cm/s，最大转弯角速度为120°/s,最小转弯半径为40cm． 综合性能测试实验和C形运动控制实验表明，该机器鱼具有较好的游动性能和较高的机动性 能．     

基于仿生学和北斗技术的水质检测机器鱼研究与设计

针对常规水质检测方法,存在检测效率低、范围小的问题,提出以研制仿生机器鱼为平台的低成本水质检测方案。以鱼体结合尾鳍的BCF推进模式作为研究对象,分析鱼体波包络曲线的游动机理。运动学参数化计算研究BCF鱼体推进运动姿态,结合CFD流体分析优化机器鱼系统,搭建基于北斗系统BDS的导航定位和水质样本采集系统,并通过实验样机验证了机器鱼检测水质的可行性。     

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.     

基于序列图像处理法的机器鱼转向机动性能研究

基于序列图像处理法，对机器鱼的转向性能进行了初步研究．利用高速摄像机记录机器鱼运动过程， 对游动序列图像进行处理，提取机器鱼体干曲线，获取机器鱼转向运动中角度、角速度、角加速度的动态特性．根 据实验结果，给出了机器鱼C 形转向运动的3 个阶段的运动特征，并对理论值和实验测定值之间的差异进行分析． 同时，对静止和运动两种C 形转向运动进行比较，分析了影响C 形转向效果的因素：初始动能以及保持阶段角度大 小，在此基础上，给出了提高机器鱼转向性能的方法．     

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。     

仿生机器鱼运动控制方法综述

运动控制是仿生机器鱼研究的核心问题,为此,依据解决运动控制问题的不同思路,总结了仿生机器鱼运动控制常见的几种研究方法:基于杆系结构的鱼体波曲线拟合法、正弦控制器方法和基于中枢模式发生器模型的方法,分别对3种运动控制方法的基本原理和特点进行了总结和归纳,分析了3种方法在可靠性、稳定性和实时性等方面的优缺点,最后指出了仿生机器鱼运动控制方法的发展趋势。     

具有嵌入式视觉的仿生机器鱼头部的平稳性控制

具有嵌入式视觉的仿生机器鱼的摄像头往往安装在头部,为了获取稳定的图像数据,研究了游动过程中头部的平稳性控制问题.首先,基于牛顿-欧拉方法对仿生机器鱼的水动力学进行建模.然后,基于动力学模型,比较了两种鱼体波模型下的机器鱼头部摆动情况.进一步地采用遗传算法对输入到运动关节的参数进行优化,实现机器鱼头部的最小摆动.最后,在自主设计的具有嵌入式视觉的仿生机器鱼上进行了实验.结果表明,在平稳性控制后,头部的摆动幅度明显减小,采集到的图像的稳定性与连续性有较大改进,但游动速度有所降低.该方法为基于嵌入式视觉的运动控制与任务执行提供了有效保障.     

机器人仿生学研究综述

机器人仿生学是从仿生的角度对机器人进行研究，是机器人领域的重要分支．本文从 结构仿生，材料仿生，功能仿生，控制仿生，群体仿生五个方面，归纳和评述了国内外机器 人仿生学的研究现状、特点、主要成果以及发展趋势．     

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     

水下网箱破损检测用仿生机器鱼系统设计与研究

针对当前水下网箱破损检测机器人的水体扰动大、推进效率低问题,研制了一种仿生机器鱼系统,实现了低扰动、高效率的水下检测。首先,机器鱼采用身体/尾鳍式推进机理,建立多关节鱼体动力学和运动学模型。其次,设计开发了S形起动与游动策略、三层次螺旋层进式网箱破损检测策略。最后,对仿生机器鱼进行起动游动实验和避障实验。结果表明:该系统设计合理;机器鱼结构可靠、性能良好,最大游速为0.6 m/s,续航时间为3～4 h,成功应用于水下网箱破损检测和精准定位。     

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II—小型实验机器鱼的研制

本文介绍了自行研制的一条小型实验机器鱼 .该机器鱼作为研究仿生机器鱼的流体力学性能的实验平台 ,具有刚性头部、5关节的柔性身体和月牙形尾鳍 ,采用无线遥控 .机器鱼体长 890 mm,水中最大速度为 2 0 cm/s,最大转弯角速度为 12 0°/ s,最小转弯半径为 4 0 cm.综合性能测试实验和 C形运动控制实验表明 ,该机器鱼具有较好的游动性能和较高的机动性能     

仿生机器鱼S形起动的控制与实现

给出一种仿生机器鱼S形起动的控制方法.结合北美狗鱼S形起动的形态特征及水动力学知识, 建立了多关节链式结构仿生机器鱼的S形起动模型.整个过程设计为两个阶段: 1)弯曲阶段:以转向速度最大化为目标.在鱼体S形变保证重心稳定平移的前提下, 增大较长转向力臂处的转向力矩,提高转向速度,使鱼体迅速转向目标方向. 2)伸展阶段:以增大前推力为目标.始终保持部分将要伸展的鱼体垂直前进方向,以L形滑动方式打开鱼体. 同时,为保证转向精度,采用模糊控制调节已展开鱼体关节的小角度转动,实时纠正鱼体展开所引起的游动方向偏离. 在S形起动末期,采用变幅值——频率的中枢模式发生器(Central pattern generator, CPG)实现向稳态游动方式的过渡:前期为保证游动方向及获取较大推进力,采用小幅值——高频率的CPG信号, 后期则进入大幅值——低频率的稳态游动.最终,采用四关节仿生机器鱼验证了该方法的有效性, 实现了峰值转速为318.08±9.20°/s、转向误差为1.03±0.48°的较好结果, 对提升水下游动机器人的机动性能具有指导意义.     

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．