基于柔性长鳍波动推进的仿生水下机器人设计与实现

以基于柔性长鳍波动推进的仿生水下机器人试验模型为背景,主要研究其设计与实现问题．首先,介绍了仿生水下机器人试验模型的设计原则及其系统总体结构,然后重点研究了仿生柔性长鳍、主控模块与通讯系统、运动控制子系统的设计方法、系统构成和工作原理,最后介绍了试验模型的系统测试与航行试验结果及其结论,并指出了仿生水下机器人试验模型的改进重点和柔性长鳍波动推进技术今后的研究方向．基于柔性长鳍波动推进的仿生水下机器人试验模型的研制成功,初步验证了柔性长鳍波动推进方式应用于水下机器人推进控制系统在原理上和技术上是可行的．     

柔性长鳍波动仿生推进器的波动控制研究

波动仿生推进器是以"尼罗河魔鬼"为仿生对象设计的新型水下推进装置.它依靠柔性长鳍的波动运动来实现载体的前进、后退、制动等各种机动动作.针对柔性长鳍特有的波动控制问题,本文分析了柔性长鳍的运动模型,并设计了一种分布式控制系统结构.在此基础上,提出了一种具有一定自适应能力的模糊协调控制系统.它将模糊控制器和自适应单元相结合,解决了不确定环境下柔性长鳍的波动控制问题.水池试验结果表明了控制系统的有效性.     

柔性长鳍波动推进流体动力测试平台

为辅助研究鱼类MPF推进模式中的柔性长鳍波动推进动力学问题,论文研究了构建柔性长鳍波动推进流体动力测试平台的技术方案.论文首先根据功能需求确定了测试平台的总体结构,并着重讨论了作为受试模型的柔性长鳍仿生装置以及具有6分力与6自由度运动参数测量功能的流体动力测量系统的设计与实现.测试平台利用仿生装置模拟仿生对象多种波动运动模式,借助测量系统对受试模型的各种波动运动进行静态与动态流体动力/力矩测量,并通过测控系统对整个平台进行远程测控.论文研究的测试平台将为柔性长鳍波动推进机理及控制技术研究提供重要试验平台.     

柔性长鳍仿生水下推进器测控系统的设计与实现

针对新型柔性长鳍仿生推进器试验装置的控制节点多、实时性强、传感数据量大的要求,设计并实现了基于CAN总线的多层分布式测控系统;对测控系统的分层结构、硬件构成和软件设计进行了详细分析,上层进行推进器运动参数设定和状态信息采集,中层通过CAN总线对分布在推进器各个仿生关节的一组控制节点进行实时控制,底层每个仿生关节采用伺服电机和单片机构成相互独立的控制节点;该系统已经投入使用,试验过程表明,该系统具有数据采集速率高、控制实时性强、操作简便等特点,完全满足仿生推进器试验装置的测控需求.     

基于强化学习的波动鳍推进水下作业机器人悬停控制

本文针对波动鳍推进水下作业机器人的悬停控制问题开展研究. 首先, 给出了波动鳍推进水下作业机器人 的运动学模型、动力学模型和波动鳍的参数–力映射模型, 建立了基于马尔可夫决策过程的悬停控制训练框架. 其 次, 基于模型结构和训练策略, 使用强化学习的方法进行网络训练, 得到最佳的悬停控制器. 最终, 在室内水池中完 成了波动鳍推进水下作业机器人的悬停控制实验, 实验结果验证了所提方法的有效性.     

仿鱼长鳍波动推进水下航行器研究进展与分析

作为一种新型水下机器人,仿鱼长鳍波动推进水下航行器具有噪声低、机动性好等传统水下航行器无法比拟的优点,并得到相关研究人员的广泛关注。本文主要介绍了国内外在仿鱼长鳍波动推进水下航行器推进机理和系统研制方面开展的主要研究工作,在此基础上,分析总结了提升仿鱼长鳍波动推进水下航行器性能需要深入讨论和研究的一些问题。     

仿鱼柔性长鳍波动运动分析与建模

研究了弓鳍目鱼“尼罗河魔鬼”的柔性波动长背鳍.针对波动长鳍大的柔性变形特征,提出了由N根刚性鳍条依靠柔性薄膜连接组成的柔性波动长鳍简化模型;在分析长背鳍运动和流固耦合的基础上,建立了柔性波动长鳍的运动学模型;进而,从弹性薄壳理论出发,考虑柔性长鳍结构的几何非线性,并引入无矩薄壳理论的假定,建立了柔性长鳍波动的平衡方程.依据所建立的运动学模型和柔性长鳍波动的平衡方程,可以进一步解析柔性长鳍波动运动的动力学性能.     

水下滑翔机器人控制系统设计与实现

本文以水下滑翔机器人为研究对象,首先简要介绍了水下滑翔机器人的总体结构,然后重点研究了其控制系统的设计方案,阐述了控制系统软、硬件的设计与实现,通过水下滑翔机器人湖试验证了控制系统设计合理,运行正确,实现了水下滑翔机器人的基本运动。     

仿生水下机器人运动控制方法研究

近年来仿生技术在水下机器人上的应用已经成为水下机器人的重要研究方向之一。仿生水下机器人采用尾鳍提供前进动力和改变航向,比传统的桨舵具有高效性和高机动性。本文根据仿生水下机器人水池试验结果讨论了其运动性能,并在此基础上提出了仿生水下机器人运动控制方法,最后通过仿真试验验证了该方法的可行性。运动控制研究,是仿生水下机器人其它使命的基础,具有重要的意义。     

两关节仿生水下航行器SPC-Ⅲ的推进与机动性

为评估尾鳍推进机构的实用性,以SPC-Ⅲ机器鱼作为研究平台,在同等排水量下分别使用尾鳍推进器和螺旋桨推进器,比较两者的功率和机动能力.在海试条件下,对尾鳍推进器和螺旋桨推进器的功率及机动性进行了测试,表明前者的转弯半径约为后者的2/5,在2.2kn速度下,前者的功率比后者低约7%.SPC-Ⅲ仿生水下航行器携带多参数水质探测仪在太湖完成了航程为49km的水质探测实验,得到了太湖水域的蓝绿藻浓度分布数据.     

基于CAN总线的自主水下航行器分布式控制系统设计

提出一种基于CAN总线的分布式控制系统设计方案,该总线主要搭载任务控制系统、导航控制系统、运动控制系统、安保系统四个节点。将自主水下航行器的功能分布到不同的控制节点,具有较好的体系结构,且便于维护与升级。不同于集中式控制系统,当系统内需增加其他功能模块时,无需修改硬件部分可直接接入控制系统,便于控制具有很好的实时性与可扩展性。最后通过湖试结果显示,自主水下航行器航行稳定,分布式控制系统运行良好,验证了该设计的可靠性与有效性。     

一体化水下航行器仿真系统软件设计

文章研究了水下自动航行器仿真系统的一体化软件设计原则和方法,给出了仿真系统的软件结构及其关键的设计技术。     

水下航行器导引系统集成化仿真软件设计

该文研究了水下航行器导引系统集成化仿真软件设计的原则和方法,给出了仿真系统的软件结构及其关键的设计技术,并根据这些方法和技术编制出了集成化的仿真软件。     

CANopen协议概述及其在车辆控制系统中的应用

CAN总线及其上层的CANopen应用层协议已经在多种工业控制系统中得到应用。本文介绍CANopen协议的主要内容。并以车辆上装控制系统为例．探讨系统设计的步骤。     

柔性化自动控制系统的设计与研究

本文在介绍了自来水厂沉淀池排泥装置的组成、控制过程以及水泵与排泥机控制原理的基础上,根据水厂的工艺、节水节电的要求,并结合当前的PLC技术与图型化开发平台技术,设计了自来水厂沉淀池排泥装置柔性控制系统。论文对柔性系统硬件电路组成及控制软件的动作规划及时间调度PLC编程进行了较为详细的分析.并对组态监控软件及界面设计予以特别说明。     

The simulation design and analysis of a Flexible Manufacturing System with Automated Guided Vehicle System

This paper presents the simulation design and analysis of a Flexible Manufacturing System (FMS) with an Automated Guided Vehicle system (AGVs). To maximize the operating performance of FMS with AGVs, many parameters must be considered, including the number, velocity, and dispatching rule of AGV, part-types, scheduling, and buffer sizes. Of the various critical factors, we consider the following three: (1) minimizing the congestion; (2) minimizing the vehicle utilization; and (3) maximizing the throughput. In this paper, we consider the systematic analysis methods that combine a simulation-based analytic and optimization technique that is Multi-Objective Non-Linear Programming (MONLP) and Evolution Strategy (ES). MONLP determines the design parameters of the system through multi-factorial and regression analyses. ES is used to verify each parameter for simulation-based optimization. A validation test for the two methods is conducted. This method-based approach towards design yields the correct experimental results, ensures confidence in the specification of design parameters and supports a robust framework for analysis.