基于操作条件反射自动机的仿生自主学习方法

提出了基于操作条件反射的仿生自主学习方法,设计了操作条件反射自动机(OCM)的认知模型.与原来的学习自动机相比,该模型增加了状态取向单元,利用"反应-强化"的学习机理,来模拟自然界生物的"随机应变性".设计了OCM的递归学习算法,用于模拟生物的操作条件反射机制,使其具有仿生的自组织功能,包括自学习和自适应功能.通过模拟Skinner鸽子实验和倒立摆平衡控制实验,验证了该模型具有一定的仿生自主学习能力,可用于描述、模拟和设计各种自组织系统.     

超磁仿生鱼快速起动的控制和设计

本文首先对自然界鱼类的基本构造和工作原理进行仿生.以合金薄板,贴在该薄板的超磁致伸缩材料和外磁场分别模拟鱼尾骨架,鱼体肌肉和控制鱼体摆动的神经.建立起一个力学模型和一种计算方法.通过数值分析,揭示了仿生机器鱼起动过程中最佳模式是从低阶模态到高阶模态的迅速过渡.这样可以通过控制外磁场(强度和频率),从而实现控制仿生机器鱼从静止快速起动目的.研究成果为仿生机器鱼的设计提供依据和技术.     

仿生机器鱼监控系统设计与实现

仿生机器鱼作为一种高效的水下推进机器人,在水域探测、开发、安防等方面具有广阔的潜在应用前景。仿生机器鱼监控系统的设计是仿生机器鱼游动机理和运动控制的重要基础。文章围绕监控系统的硬件、软件、无线通信与系统界面,设计了一种仿生机器鱼监控系统,搭建了仿生机器鱼监控系统实验测试平台,并对其测试结果进行分析。结果表明:仿生机器鱼根据系统中的输入命令能够做出相应的动作,同时系统界面上产生不同运动模态下的曲线;仿生机器鱼执行命令时实时向监控计算机发送返回值,实现两者之间的无线通信协议;监控计算机与仿生机器鱼可以实现稳定交换游动控制命令、游动模式、游动姿态等数据,运行效果良好。     

基于仿生硬件的无线传感器网络节点自修复方法

针对现有无线传感器网络节点硬件固定,不能重新配置的问题,设计了一种全新的基于仿生硬件的无线传感器网络节点自修复方法,采用仿生硬件实现动态可重构无线传感器网络节点,以使节点能够自主地、动态地改变自身的结构和行为,在其部分硬件失效情况下进行节点的仿生自修复.该研究提出了相关节点的仿生自修复方法,研制了基于现场可编程阵列的仿...     

多关节仿生机器鱼建模分析与仿真

针对仿生机器鱼建模的复杂性,以三关节机器鱼为研究对象,基于动力学和运动学进行机器鱼的模型构建,并进行控制方式的仿真分析。首先,对鱼类和机器鱼的控制方式、动力学和运动学特性进行分析。其次,使用SolidWorks搭建机器鱼物理模型,并将其导入MATLAB中以建立Simscape仿真模型。最后,通过仿真实验分析评估机器鱼模型性能。结果表明,机器鱼模型三个关节角度的时间变化曲线相对平滑,没有明显突变或抖动,展现出稳定的运动行为,验证了该模型在设计和参数调节方面的合理性。     

仿生航行器的研究进展

由于仿生航行器具有高效性和高机动性等优点,已成为仿生机器的研究热点。仿生飞行器以扑翼式飞行器和机器鱼为主,本文主要综述了扑翼式飞行器的空气动力学、结构原理和研究方法等内容,并重点介绍了机器鱼的力学分析理论、计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)分析方法以及身体/尾鳍模式和中央鳍/对鳍模式两类仿生鱼的结构原理和发展现状,总结了仿生机器鱼在推进机理、设计优化、运动控制等方面所面临的问题。研究结果表明,机器鱼的扑翼系统可实现集上浮、悬停和推进于一体,将有限的动力分配到各个机构,实现了动力的有效分配。同时,结合机器鱼的局限性,本研究还提出了一种新型的扑翼机器鱼的可能性,为后续研究提供了一定的思路。该研究为海洋资源的勘探、民用及军事领域的发展提供了理论基础。     

仿生双尾推进的试验研究

针对单尾鳍摆动推进存在的机器鱼摇艏问题,理论分析了仿鱼尾鳍摆动过程中推力系数和侧向力系数的脉动情况,设计出仿生双尾推进器,并将其应用于小水线面双体船,开发出新型仿生双尾推进水上试验平台,同时,根据鱼类高效推进的机理,分析了仿生双尾推进器尾涡的相互影响.实验研究结果表明仿生双尾推进的尾鳍摆动频率和摆幅对推进性能影响较大,其中幅值的影响更加明显,月牙形尾鳍具有更高的推进效率.仿生双尾利用并发挥仿鱼推进的优点,具有良好的推进和操纵性能.     

基于Boltzamnn机的机器人自主学习算法

针对两轮机器人自平衡运动控制问题,提出了一种基于Boltzamnn机的Skinner操作条件反射学习机制作为机器人仿生自主学习的算法.该算法利用Boltzamnn机中Metropolis判据平衡Skinner操作条件反射学习中探索和利用的比例,并依据概率取向机制以一定的概率选择最优行为,从而使机器人在未知环境下可获得像人或动物一样的仿生自主学习技能,实现机器人的自平衡运动控制.最后,分别用基于Boltzamnn机的Skinner操作条件反射的学习算法和基于贪婪策略的Skinner操作条件反射的学习算法做了仿真实验并进行了比较.结果表明,基于Boltzamnn机的Skinner操作条件反射的学习算法能使机器人获得较强的运动平衡控制技能和较好的动态性能,体现了机器人的自主学习特性.     

鱼群集群行为的建模与仿真

群体智能主要针对生物群体中简单智能个体相互作用表现出复杂智能行为进行研究。个体之间的组织结构、关系和群体行为的涌现机制是其研究的关键要素。首先对鱼群游动的规律进行分析,然后采用自底向上的建模方法建立了一种基于向量的数据模型,最后基于java技术建立了鱼群集群行为仿真系统,有效地模拟了个体鱼之间以及环境之间的相互作用,最终涌现出复杂的群体行为的过程。仿真模型和结果对其它群体的研究具有指导意义。     

基于Hopf振荡器的仿生机器魟鱼胸鳍波形控制算法

为了获得与生物魟鱼胸鳍相近的推进波形和游动性能,提出基于Hopf振荡器的仿生中枢模式发生器（CPG）胸鳍波形控制策略. 针对仿生机器魟鱼的结构与游动特征,利用20个Hopf振荡器耦合构建中心式CPG拓扑网络模型;通过输入参数幅值、频率和波数,控制该拓扑网络模型输出仿生机器魟鱼定常巡游、加速游动和机动转弯3种游动模式下胸鳍波形的动态位置信号. 通过仿真验证了该拓扑网络模型能够快速响应输入参数的变化,稳定输出平滑、连续的动态位置信号. 通过试验研究该拓扑网络模型控制仿生机器魟鱼胸鳍波动的可行性以及网络的输入参数对仿生机器魟鱼游动性能的影响. 试验结果表明,该模型能够稳定地输出耦合的波形信号,控制仿生机器魟鱼鳍面形成与生物鱼相似的推进波形,实现各游动模式以及各游动模式间灵活平滑地切换.     

仿生水翼推进系统研制与实验研究

为探讨水下非螺旋桨推进方式,进行了海龟水翼法推进仿生技术研究.研制了"Leonardo"号仿生水翼推进系统,包括推进执行系统、控制与感知系统和通讯与能源系统等,并进行仿生水翼推进系统直航和原地转艏运动的变参数测试实验,验证了数值模拟试验中水翼运动水动力对于系统运动的影响.实验结果表明,水翼拍旋角速度对于系统的直航速度呈...     

胶原调控矿化自组装机制研究

通过模拟体液的特征配制特殊生理溶液,并以此生理溶液和胶原基质为矿化系统,观察和分析胶原基质在体外的矿化;结果发现：胶原在体外仿生矿化生成的矿物相为具有规则叶片状结构、低结晶度的碳酸羟基磷灰石;表明了羟基磷灰石矿物晶体在胶原的反应成核位点通过化学键合作用进行自组装,这种自组装结构受胶原大分子与羟基磷灰石晶体之间的相互反应以及胶原分子的自组装能力诱导。     

仿生机器魟鱼研制与游动性能实验研究

为了开发一种游动稳定性和机动性高的水下机器人,从鳐科模式游动的魟鱼胸鳍波动推进中得到灵感,在分析肌肉和骨骼结构的基础上,设计带有环形长鳍的仿生机器魟鱼,研究机动游动的控制策略.研制仿生机器魟鱼样机.基于游动图像序列处理方法,通过实验研究波动频率和幅值对游动性能的影响.结果表明,仿生样机能够实现与魟鱼相似的游动运动,游动稳定性好、机动性高,直线游动速度和原地转弯速度随波动频率和波动幅值的增大而增大,最大直线游动速度为109mm/s,最大原地转弯速度为93°/s.     

仿生张拉机械腿及其抗冲击性能仿真分析

针对机器人腿足系统抗冲击性能差的问题,基于生物张拉原理开发了一种仿生张拉机械腿。该机械腿关节间不存在刚性铰接轴,通过添加柔性材料模拟生物关节韧带和筋腱作用。仿真结果表明:相比传统机械腿,仿生张拉机械腿具有更好的抗冲击性能。材料敏感性分析表明,足-地冲击过程中,仿生张拉腿中的柔性构件通过变形有效吸收冲击能量,缓释了冲击作用强度,改善了刚性构件的应力分布状态。研究范围内仿生筋腱材料软硬保持不变,仿生韧带的弹性模量越小,仿生腿的抗冲击、抗弯能力越强;保持仿生韧带软硬一定时,仿生筋腱的弹性模量越大,仿生腿的抗冲击、抗弯能力越佳,进而为机器人腿足系统的创新设计提供了理论依据。     

基于中枢模式发生器的机器鱼分层闭环控制方法

为实现多关节仿生机器鱼自主巡航及柔性游动的同步控制,采用双向链式最近相邻耦合方式,构建了基于Hopf振荡器的中枢模式发生器（CPG）网络模型,并分析了控制参数与机器鱼游动模态之间的关系。在此基础上,提出了一种基于CPG的分层闭环控制方法,利用传感器网络获取机器鱼的状态信息及环境信息、粒子群-人工势场法进行机器鱼的避障及路径规划、模糊控制器进行轨迹跟踪、具有耦合反馈机制的CPG网络模型生成节律控制信号。最后,进行了机器鱼多个游动模态、模态间的平滑切换、自主巡航和避障的仿真和实验研究,仿真与实验结果验证了所提控制方法的可行性和有效性。     

一种混合的垃圾邮件过滤算法研究

贝叶斯邮件过滤器具有较强的分类能力,极高的准确率,在内容过滤领域占据主导地位。人工免疫系统具备强大的自学习、自适应,鲁棒性等能力,已发展成为计算智能研究的一个崭新的分支。该文在分析贝叶斯的原理和人工免疫的仿生机理的基础上,将贝叶斯与人工免疫相结合,设计和实现了一种基于贝叶斯和人工免疫的混合垃圾邮件过滤算法,并利用现有的垃圾邮件语料库得到预期的实验结果。     

面向学习情境的个性化学习资源推荐研究

为了提高海量情境数据环境下捕捉和推荐资源的准确度,进行个性化学习资源推荐算法研究.将学习者的学习情境加入到学习资源推荐系统中,构建了"学习者-学习情境-学习资源"推荐模型.通过对学习者个性化学习行为的捕捉来勾勒学习者画像,然后根据学习情境与学习者行为的相似度计算结果搜索、推荐与其相匹配的学习资源.实验结果表明,基于用户...     

仿生波动鳍的试验研究

波动鳍是某些MPF鱼类的重要推进器,它通过在水中的波动来产生推进和机动所需的操控力和操控力矩.通过观察可知,波动鳍具有非常优秀的低速稳定和机动性能,可作为传统水下推进器的一种有益补充.该文从波动鳍的推进机理出发,设计了一种仿生波动鳍试验装置,该装置采用"鳍条-柔性蹼"结构,由9根鳍条组成,且每根鳍条均由一个舵机进行独立控制.针对载体推进速度与仿生波动鳍的波频、波幅、波长和波传播方向的关系开展了水池试验研究.试验结果表明,通过对仿生波动鳍的波动进行控制,能够使载体实现灵活的正逆向推进,且不同的波动参数对推进速度和推进效率有较大影响.     

一种基于动态行为映射模型的shellcode检测方法

提出了一种基于动态模拟执行的shellcode分析与检测方法。该方法针对当前自修改和分段执行类shellcode的特点,建立动态行为映射模型严格刻画了shellcode模拟动态行为过程特征,给出了关于自修改和分段执行类shellcode的行为轨迹序列,然后设计了基于有限状态自动机的快速检测算法并实现了原型系统。实验结果表明,该方法能够有效检测当前自修改与分段执行类shellcode,并且与现有主流shellcode检测工具相比,可以达到较好的检测效果。     

基于NiTi合金的仿生防护结构自恢复特性

借鉴猫科动物脚掌肉垫具有负泊松比结构的缓冲吸能特性,运用结构仿生学原理设计了仿生防护自恢复结构。利用NiTi形状记忆合金超弹性特性和负泊松比结构优异的力学性能,建立了简化的仿生防护自恢复模型,利用LS-DYNA对该模型进行了动态压缩特性和恢复特性模拟分析。同时,利用NiTi形状记忆合金材料制备仿生结构样件,并进行了动态压缩试验测试。结果表明:仿生结构样件在1200 N压力范围内,可实现受压变形后自激恢复的特性;NiTi合金仿生防护结构在压缩载荷的作用下具有优异的变形吸能和自恢复回弹特性;仿真分析结果与试验结果较为符合,较准确地模拟了样件在动态压过程中的变形特性及承载特性。本文研究成果实现了压力载荷作用下仿生防护结构的自动回弹恢复功能,对提高防护装甲的抗冲击、自恢复特性提供了参考。