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．     

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.     

胸鳍摆动推进仿生鱼的设计及水动力实验

为实现胸鳍摆动推进模式鱼类的游动,模仿牛鼻鲼构建了仿生鱼.首先,基于摆动胸鳍的生物学特征和运动规律,提出了具有主/被动复合柔性变形能力的仿生胸鳍原理模型.然后通过ADAMS运动学仿真验证了设计方案的可行性,并构建仿生样机.自由游动实验表明,仿生鱼游速可达0.46m/s,约1倍身长比,且具有原地转弯能力,最大转弯速度达60?/s.与国内外其他同类机器鱼相比,在游速和机动性方面均表现出明显的优势.基于准稳态叶素理论,提出了仿生胸鳍水动力简化计算模型.构建水动力实验平台,验证了计算模型的有效性,并通过一系列水动力实验研究了仿生胸鳍的水动力特性.实验结果表明,仿生胸鳍能够产生周期性变化的推、升力,且变化趋势与胸鳍运动控制参数密切相关.     

仿生魟鱼环形胸鳍波动推进的流场仿真

针对自主设计的仿生魟鱼水下机器人环形胸鳍波动推进过程进行了流场仿真研究。基于魟鱼前进运动时的胸鳍波动特征,建立了仿生环形胸鳍三维波动运动模型。利用CFD对胸鳍波动推进过程进行数值计算,分析了波动胸鳍产生的拉力以及前向运动的速度等推进性能。研究了周期波动过程中鳍面的周向压力分布,进行鳍面附近核心涡以及切面二维涡分量的计算,分析了涡的产生、发展以及尾迹涡的相关特性。结果表明,稳定后的拉力系数以近似正弦波形式进行波动,鳍面波动前后缘分布的高压和低压区域随波动沿周向从前往后传播,环形波动长鳍最终在尾迹处形成卡门涡,流场分析为仿生魟鱼水下机器人的运动控制及性能优化提供理论基础。     

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．     

胸鳍推进型机器鱼的CPG 控制及实现

结合仿生游动机理,针对胸鳍推进型机器鱼提出了一种基于中枢模式发生器（CPG）的运动控制方法． 该模型采用一类振荡频率和幅值可以独立控制的非线性微分方程作为其神经元振荡器模型,通过最近相邻耦合的方 式,对n 个这样的神经元振荡器进行耦合,构建了仿生机器鱼的CPG 网络模型．证明了此模型单个神经元振荡器的 极限环的存在性、唯一性及稳定性．在此基础上,通过对胸鳍推进的运动学分析,导出机器人直游、倒游、胸鳍—尾 鳍协调运动等多种模式的运动控制方法．仿真及实验结果验证了此中枢模式发生器模型的可行性与所提控制方法的 有效性．     

形状记忆合金驱动仿生蝠鲼机器鱼的设计

研究了一种采用鳐科模式游动、柔性胸鳍摆动方式推进的形状记忆合金（SMA）丝驱动型仿生蝠鲼机 器鱼．首先,对双吻前口蝠鲼游动动作进行了分析,建立了蝠鲼胸鳍柔性摆动的简化运动模型．然后对能够模仿蝠 鲼肌肉动作的智能材料进行了分析．最后设计了SMA 丝驱动的柔性仿生胸鳍和仿生蝠鲼机器鱼,并分析了SMA 丝 的热力学特性,确定了控制规律．该机器鱼外形与双吻前口蝠鲼外形相似,身体呈现扁平形状,有一对三角形的柔 性仿生胸鳍,直线游动速度达到79 mm/s,最小转弯半径为118 mm．该机器鱼游动稳定性好,无噪声．     

咽颌模式仿生胸鳍的设计与实现

在深入分析咽颌运动模式鱼类胸鳍的肌肉和骨骼结构以及神经肌肉控制机理的基础上,采用欠驱动技术设计了一套新型的胸鳍仿生机构,介绍了此仿生机构各部分的结构、功能及参数.然后,为此胸鳍仿生机构设计了一套基于CAN总线的分布式实时测控系统,并详细分析了其软硬件的结构和功能.最后,建立了胸鳍仿生系统的样机,并通过试验验证了本文建立的胸鳍仿生系统在模拟鱼类胸鳍推进运动方面的可行性和有效性.     

胸鳍摆动式鱼类的泳动仿真

以胸鳍摆动式鱼类为研究对象,考虑流固耦合作用的影响,利用MSC Dytran对其泳动行为进行仿真研究. 通过给定规律的集中激励,基本实现胸鳍摆动式鱼类的泳动仿真,并得到一些基本合理的结果.     

仿生机器鱼研究的进展与分析

介绍了仿生机器鱼具有效率高、机动性好、噪音低、对环境扰动小的特点和几种分类方法, 以及国内外在鱼类推进机理和仿生机器鱼研制方面的成果和现状, 在此基础上分析了机器鱼研究的主要内容: 鱼类推进理论模型、仿生机器鱼机械结构、仿生机器鱼游动的推进速度、运动方程、Q效率、Q功率等方面的客观规律, 特别是其控制性能和相关技术问题.     

仿生机器鱼玩具的机构设计、仿真与实现

机器人技术的一个重要应用领域是在娱乐方面。在对鱼类游动方式深入研究的基础上,将仿鱼水下推进技术应用于玩具设计,给出了一种仿生机器鱼玩具的机构设计方案及系统的设计、仿真软件,并研制出可在水中运动的仿生机器鱼原型。     

仿生推进与操纵系统方案设计与运动仿真

以金枪鱼为原型对仿生推进与操纵系统的运动机理进行的详细分析,给出了三节点摆动翼的数学描述,在AutoCAD中对金枪鱼的外型进行简化,完成了系统的方案设计并给出了尾部结构图,利用VB语言编制了模仿鱼类尾部游动的仿真软件,只需改变模型中的各项控制参数即可模拟系统尾部各节的运动状态,文中给出了四种典型运动状态下的仿真结果,将为仿生推进与操纵系统的设计以及确定最佳运动与控制参数提供计算和实验依据。     

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     

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．     

仿生机器鱼技术研究进展及关键问题探讨

本文简要介绍了仿生机器鱼技术在仿鱼推进机理研究中的地位和作用，探讨了这一领域关键的研究课题，并介绍了国内外几个机器鱼平台的研究进展。     

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。     

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.     

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．     

基于微舵机控制的仿生鱼设计与实验分析

设计了微舵机控制的仿生鱼,结合鱼胸鳍和鱼尾鳍的配合动作,完成一系列的游弋动作。其中根据鱼类"波动推进理论"的游动机理,实现仿生鱼的前进、转弯运动;根据鱼类"胸鳍法理论"实现上浮、下潜运动;提出加减速游动方案,通过修改X值的方法,实现仿生鱼的加减速游。组装并进行水上模拟实验和水下实际实验,调试仿生鱼的各动作协调性,分析仿生鱼在水中的静态平衡和动态平衡问题。