基于尾鳍推进模型的三关节仿生机器海豚系统

为设计一种新型、游动效率高、可以实现沉浮运动的仿生机器人,以海豚为仿生对象,利用仿生学原理对基于尾鳍推进模型的三关节仿生机器海豚系统进行改进.研究海豚的背腹运动尾鳍推进模型,对原有模型中不便于工程实现的方面进行修正.在验证修正后模型可行性的基础上,设计一种三关节柔性尾部加刚性头部的机械结构以及控制流程和配套的电路系统,对机器海豚的沉浮运动进行动力学分析,提出利用PID控制实现平面运动的方法,通过实验验证机器海豚沉浮运动和平面运动的可行性,并给出机器海豚游动速度和尾鳍摆动频率及尾鳍摆幅之间的关系.实验结果表明,基于尾鳍推进模型的机器海豚具有较高的效率和游动速度.     

基于胸鳍辅助推进的仿生机器鱼

为提高仿生机器鱼游动的机动性能并完善传统尾鳍推进模式,设计一种基于胸鳍辅助推进的仿生机器鱼。将胸鳍与尾鳍推进模式相结合,采用正弦信号对仿生机器鱼的尾鳍进行控制,通过胸鳍来调整鱼体方向,从而实现上升及下降的动力提供。对机器鱼整体、主控系统、执行模块和通信模块进行设计,并通过实验验证。实验结果表明：该仿生机器鱼能够更灵活、更精确地实现浅水中前进、上升下潜以及盘旋、回转和制动,并通过人机交互对仿生鱼进行控制,结合其自主避障、图像传输等辅助功能,实现对海洋环境的实时监测。     

基于GRNN 的机器鱼直游稳态速度建模

为解决机器鱼动力学建模中瞬变的强非线性流动控制等难点问题,建立基于广义回归神经网络（General Regression Neural Network,GRNN）的机器鱼直游稳态速度模型。以三关节仿生机器鱼为研究对象,利用神经网络的非线性逼近能力,使用GRNN辨识机器鱼游速与其运动参数之间的强非线性关系,建立了电机控制参数与仿生机器鱼直游稳态速度之间关系的模型,并通过实验进行了预测值与实际值之间的误差分析。实验结果证明,采用GRNN神经网络辨识技术建立仿科机器鱼直游速度模型是完全可行的。     

机器鱼游动性能改善方法

为了提高机器鱼的推进速度和推进动力,对机器鱼尾鳍的大小和形状进行改善。通过分析仿生机器鱼的波动方程得到尾鳍面积与推力的关系,从鱼尾形状、鱼尾弧口深度、鱼尾大小、鱼尾软硬度4个方面出发,依次采用solidworks设计了鱼尾形状,根据2种软硬度下不同形状的游动速度,得到最佳形状及软硬度,在此最佳形状的基础上改变弧口深度,并通过实体实验确定了最佳鱼尾大小方案。实验结果表明:机器鱼的游动性能受鱼尾形状、大小、软硬度等多个因素共同影响,使用较软材料的月牙形鱼尾对鱼游行较为有利。     

基于尾鳍推进模型的三关节仿生机器海豚系统

利用仿生学原理,以海豚为仿生对象,研究了一种海豚的背腹运动尾鳍推进模型,并对原有模型中不便于工程实现的方面进行了修正。在验证了修正后模型的可行性的基础上,设计了一种三关节柔性尾部加刚性头部的机械结构以及控制流程和配套的电路系统,完成了样机的研制,并对机器海豚的沉浮运动进行了动力学分析,提出了利用PID控制实现平面运动的方法,通过实验验证了机器海豚沉浮运动和平面运动的可行性,并给出了机器海豚游动速度和尾鳍摆动频率及尾鳍摆幅之间的关系。在此基础上,确定了平面运动的模态。实验结果表明,基于尾鳍推进模型的机器海豚具有较高的效率和游动速度。     

基于二阶邻居网络拓扑的多机器鱼一致性研究

为加快多仿生机器鱼群体游动的一致性收敛速度,采用一种基于二阶邻居网络拓扑结构的多机器鱼控制模型来描述机器鱼之间的信息交换方式。为易于分析描述,用图论概念进行定义,将编队中的机器鱼构成＂多机器鱼队形图＂。探讨群体机器鱼系统一致性问题,利用数学模型进行一致性分析,并在水中机器鱼2D仿真平台上进行仿真分析。仿真结果表明,基于二阶邻居网络拓扑的多机器鱼有良好的一致性和快速的收敛性。     

一种新型混合游动模式机器鱼的设计方案

为充分利用水流、水层密度差等水下条件来游动以达到节省电量、增大航程的目的,介绍了一种综合多种运动模式于一体的水下机器鱼设计方案。从机械结构、运动模式和控制系统3大部分入手详细介绍机器鱼的设计制作过程。对影响机器鱼游动的重要参数进行水下试验,利用Matlab对得到的数据离散化处理,进行曲线拟合,分析不同控制参数对同一款机器鱼的影响。实验结果表明：该设计新型机器鱼可实现9种运动模式,并能顺利切换原设计的多种游动模式。     

仿生机器鱼机械结构使用综合加工技术的应用

为了改善现有仿生机器鱼外部结构存在的诸多问题,提出利用3D打印技术、线切割技术、数控加工技术制作仿生机器鱼头部和内部机械结构件的应用方法。通过CAD制作图纸,选用熔融沉积成型(fused deposition modeling,FDM)技术的三维打印成型设备进行外壳制作,并利用雕铣机与线切割技术进行配合件加工。在环氧树脂和树脂清漆涂覆、精打磨再上胶的处理后,配合橡胶鱼尾能完成整个仿生机器鱼的测试。应用结果表明:3D打印以及相关机械加工技术可缩减原型制作时间、加快测试与迭代速度,对仿生机器鱼的加工与应用有较高的实用价值。     

一种双自由度胸鳍仿生机器鱼

为提升机动性,设计一种由双自由度胸鳍和仿鲹科鱼尾部相结合的运动推进型仿生机器鱼。分别对机器 鱼的双自由度胸鳍、身体与尾部弹簧传动机构进行设计,采用Arduino 控制板及一体化的硅胶膜,基于电气系统控 制方案和防水密封方案,通过对CPG 单元进行建模与控制,给出机器鱼在不同运动形态下的控制方法,并通过实验 验证了方案的可行性。结果表明,该设计实现了双自由度胸鳍机器鱼直行、转弯、下潜的运动姿态。     

基于PID 算法的水中机器鱼方向档位控制方法

为了找到机器鱼在游动过程中每一时刻适应当前速度的最佳方向档位,笔者基于PID算法,提出了一种水中机器鱼方向档位的控制方法。分析PID控制原理,将其用于水中机器鱼方向档位的控制,设计出了适合机器鱼顶水球模型的PD算法,并给出了具体的实现方法和调试思路。实验结果表明:该算法有效地弥补了以往参赛者使用的算法中的不足,可以使机器鱼快速稳定地调整方向位姿,在实际应用中表现出了良好的带球游动性能。     

一种六自由度仿生机器海豚

为提升机动性与灵活度,设计一种具有图像传输功能的六自由度仿生机器海豚。对机器海豚的刚性头部、 偏航腰部和两关节俯仰尾部的四关节系统进行设计;采用Arduino Uno3 单片机输出PWM 信号控制7 路舵机,制定 电气系统控制方案和防水密封方案,利用PS2 手柄遥控机器海豚,通过尾部两关节上下摆动实现推进,腰部偏航关 节实现转弯,舵机驱动配重块和一对单自由度的胸鳍实现俯仰姿态调节,通过实验验证方案的可行性。结果表明, 该设计能实现机器海豚加减速前进、偏航、俯仰、原地转弯和双胸鳍拍水的运动姿态。     

基于条件决策的花样游泳算法

针对在全局视觉组花样游泳项目中出现的机器鱼不受控制的现象,提出一种易于实现的基于条件决策的花样游泳算法。通过对3条机器鱼同时运行时各自所处的位置以及相互之间碰撞的分析,对3条机器鱼处在不同状态时所能满足的条件进行判断,以此来决定执行相应的策略。实验结果表明:利用该算法完成的花样游泳项目具有较好的流畅性和较高的观赏性。而且该算法具有较好的扩展性,通过增加判断条件可以实现更加复杂的运动控制。     

介电弹性体式蛙型仿生软体机器人设计

为实现机器人的小型化并增强其环境适应性,基于青蛙推进方式和软体材料的优势,设计出一种以介电弹性体为执行器的蛙型仿生软体机器人.根据材料拉伸特性,确定制作工艺并对执行器进行有限元仿真;对机器人进行腿部运动轨迹规划和真实水下试验;结合游泳时的各种运动参数,构建推进效率模型,确定最优的效率运动参数.试验结果表明:该机器人在频...     

基于遗传算法的机器鱼水中路径规划

针对机器鱼水中路径寻优的具体要求,提出一种以遗传算法为基础的机器鱼路径规划方法。通过介绍遗传算法的3种基本操作,将遗传算法应用到试验场景中规划出最优路径,分析研究了一种根据目标点与机器鱼的距离变化而改变机器鱼运动速度的策略,并进行仿真分析和实验。仿真结果表明：采用遗传算法的水中救援路径规划可将救援时间缩短30%以上,提高了寻优效率。说明遗传算法对机器鱼的路径规划具有积极效果和快速寻优特性。     

仿鲨鱼鳃部射流减阻特性的仿真研究

针对鲨鱼鳃部射流表面流场特性针对鲨鱼鳃部射流表面流场特性建立了基于鲨鱼鳃部特征的仿生射流模型,采用数值模拟方法,在主流场入口速度为3 m/s、射流速度为0.02~1 m/s条件下,研究仿鲨鱼鳃部射流的减阻特性、分析其减阻机理。研究结果表明：当射流速度u＞0.1 m/s时,仿鲨鱼鳃部射流具有减阻效果,且减阻率随射流速度增大而增大。仿鲨鱼鳃部射流通过影响摩擦阻力和压差阻力改变减阻特性。仿鲨鱼鳃部射流对摩擦阻力的影响机理为：射流出口下游流场黏性底层增厚、速度梯度降低;同时形成反向旋涡,使流场存在稳定的大涡结构,降低了湍流脉动对壁面的作用。对压差阻力的影响机理为：射流速度作为一种附加动力,对压差阻力产生抑制效应,导致了模型压差阻力的下降。     

基于仿生技术的鱼雷推进问题探讨

鱼类推进模式的研究是仿鱼水下推进器研究的基础之一,它与常规推进器相比,具有推进效率高,机动灵活以及隐藏性能好等优点。本文在分析鱼类推进模式的基础上,着重从仿生技术的角度对鱼雷推进问题进行了分析和展望,包括仿生推进鱼雷的特性、动力形式、结构和研究热点等。把鱼类的游动推进模式应用到鱼雷,将为鱼雷的研究和发展提供新的更为广阔的空间。