超磁致伸缩薄膜尾鳍机器鱼的仿生游动机理

根据仿生学原理,采用超磁致伸缩薄膜驱动器模仿鱼类的波状推进方式,可以实现机器人的无缆驱动,并能显著提高机器人的可靠性与实用性。为了提高推进力,进而提高驱动效率,实现机器人尾鳍形状优化是关键。基于等面积条件,优选了几种薄膜尾鳍形状,在建立悬臂梁结构变断面超磁致伸缩薄膜受迫振动动态模型和机器人推力模型的基础上,对不同形状薄膜尾鳍的推力进行了仿真验证,得出了最佳尾鳍形状曲线,并用有限元法分析了薄膜驱动器的应力分布,最后通过试验验证了薄膜驱动器的推进效果。     

仿生机器鱼研究进展及发展趋势

随着海洋资源开发和利用的深入,仿生机器鱼已成为水下机器人研究的热点问题。文中介绍了仿生机器鱼的分类,分析了各类型的游动特点。对鱼类游动机理和仿生机器鱼的研究现状进行了综述,总结了仿生机器鱼研究的关键技术和未来发展趋势。     

仿生机器鱼自主游动中的流体结构耦合新方法

从揭示鱼类外形仿生和运动仿生中蕴含的仿生机理出发,提出一种机器鱼自主游动中的流体结构耦合新方法,该方法将流体变量和结构变量同步进行推进,并在每个迭代步内进行子迭代,因而提高了算法的稳定性。将鱼体游动介质分为流体介质、结构介质和相互作用的交界面介质,分别建立三种介质的动力学方程。采用隐式耦合方法,给定鱼体变形为输入,将鱼体运动转移到流体单元上,形成对周围流体的激励,通过求解流体动力学方程得到流体作用力,并将该作用力传递于鱼体,作为外力来驱动鱼体自主游动,从而实现流体和结构的交互过程,最后通过机器鱼的自主游动算例验证了方法的有效性。该方法可以评价不同外形和不同运动规律的机器鱼自主游动性能的优劣,进而为揭示仿生游动机理提供科学依据。     

乌贼游动机理及其在仿生水下机器人上的应用

针对大多数机器鱼未采用弹性机制来提高能量利用效率和耐压能力低等的不足,对拥有高超游动能力,具有耐压结构的乌贼进行研究.分析乌贼喷射和鳍波动推进的游动机理,给出喷射推力、喷射和整周期流体推进效率方程.乌贼复合游动方式的优点是高速性和低速性均很好,能瞬时改变游动方向,噪声低,以及即使喷射速度低于周围流体速度,也能产生推力.为深入说明乌贼游动机理,研究乌贼外套膜和鳍这两套运动系统的肌肉性静水骨骼结构及其动作原理.肌肉性骨骼不但具有支撑躯体,进行动作和输出力的作用,还具有良好的耐压能力.大多数乌贼体内没有充气组织,外套膜腔内外静压平衡,进一步提高了它们的耐压能力.乌贼动作时,弹性机制能够减少能量消耗,提高能量利用效率.若能将乌贼的游动方式、肌肉组织结构和弹性机制等特点应用到仿生水下机器人上,将使其更加高效、灵活和耐压.     

胸鳍摆动推进模式仿生鱼研究进展

胸鳍摆动推进模式鱼类兼具高机动性、高效率和较高运动速度等优势特征,以此种鱼类为自然原型构建仿生机器鱼成为水下机器人研究领域的一个热点问题。通过对牛鼻鲼生物学研究成果的总结和实地观测分析,得出胸鳍摆动推进模式鱼类的典型身体结构特征和运动变形规律。系统总结胸鳍摆动推进模式仿生鱼研究领域中摆动胸鳍功能单元理论和试验研究情况以及仿生鱼样机构建的国内外研究现状。着重介绍研究小组在胸鳍摆动推进仿生鱼研究中所取得的阶段性成果,并在游动速度方面与本领域内的其他样机进行对比。通过对当前胸鳍摆动推进仿生鱼研究成果进行分析,得出现有仿生样机与自然原型存在差距的主要原因。随着研究的不断深入,胸鳍摆动推进仿生鱼样机性能与自然原型之间的差距必将逐渐缩小,实际应用前景广阔。     

鲹科和鲔科仿鱼机器人自主游动机理的分析与比较

采用计算流体力学方法对自主游动的仿鱼机器人进行数值模拟,给定相同的物理模型,将鱼体分别按照鲹科模式和鲔科模式运动学进行游动,提取两种模式的力能学和流场结构信息.通过比较二者的收敛速度、推进力和侧向力、功率消耗和推进效率、流场结构的差异,归纳出提高仿鱼机器人游动性能的影响因素.结果表明,鲹科模式中的"波动鱼尾"和鲔科模式中的"摆动鱼尾"在自主游动中起到了极为可观的作用;鲹科模式具有良好的综合游动性能,只有在合理的参数范围内,鲔科模式的游动性能才会较鲹科更为占优;对于鲔科模式而言,欲获得理想的收敛速度和推进效率,应优先选择合理的最大击水角度,再依据快速和高效的不同目标适当调整相位差.研究结果对于理解鲹科和鲔科仿鱼机器人的自主游动机理、开发新型仿鱼机器人具有重要意义.     

基于蚯蚓蠕动机理的仿生机器人研究进展

介绍了蚯蚓的生理构造,重点分析了其依靠自身体节有节律的伸缩运动实现前进、后退的蠕动机理,在此基础上,提出了仿蚯蚓蠕动机器人的运动原理,归纳和阐述了仿蚯蚓蠕动机器人在医疗、微型管道检测、曲线孔加工、特种作业中的国内外研究现状,并指出其在尺寸微型化、驱动方式完善化、加工检测高效化、通讯无线化、操作智能化等方面的不足之处.最后,针对上述存在的缺陷,分析了仿蚯蚓蠕动机器人今后的发展趋势.     

蟑螂机器人仿生机理及运动控制

对蟑螂机器人的仿生机理、基于行为控制系统、足模块设计、运动学和运动控制问题进行深入的分析。蟑螂的神经和肌肉运动系统是躯体运动及姿态实现的物质基础。通过工程模拟,研究在未知环境中蟑螂机器人如何通过行为控制方式来完成机器人的控制和步态生成。设计一种带有计算功能的足模块,最终目的是大量减少计算过程,以此保证蟑螂机器人非凡的灵活性。基于旋量理论和局部指数积公式,提出利用Paden-Kahan子问题法求解蟑螂机器人关节角位移的逆运动学方法,前向运动学的求解首先根据机体的自然约束来推导关节角之间的位置关系,然后用局部指数积公式推导机体位姿。运动控制采用分布式同步控制方式,并应用位置、速度和时间运动模式,保证了蟑螂机器人腿关节的轨迹跟踪精度与速度的平滑。仿真试验结果验证了上述仿生机制的有效性,并为进一步研究奠定了基础。     

凹槽形仿生针头减阻试验及机理分析

从仿生学角度出发,依据蚊子口器的形态结构,设计了凹槽形仿生结构针头。采用激光表面毛化处理机加工出凹槽形仿生针头,对仿生针头的穿刺阻力进行了测定,并对其刺入机理进行了分析。试验表明:凹槽形仿生针头较光滑针头具有减阻效果,且减阻效果随凹槽数量的增加而增大,凹槽宽度对针头的减阻效果呈先增后减的趋势;针头与刺入介质接触面积越小,针头减阻效果越好;凹槽结构在刺入过程中产生涡流效应,使滑动摩擦变为滚动摩擦,减小了摩擦阻力。     

仿生粘着的机理及应用研究

正作为自然界中对粘着和摩擦具有出色控制能力的代表,壁虎具有在墙壁和天花板行走自如的卓越的攀爬能力。基于这种粘着机理的仿生功能表面、爬壁机器人在反恐、搜救、侦查、太空定位、抓持、清洁等国家安全、工业技术、日常生活等领域具有深远的应用前景。研究其粘/脱附机理和仿生表面设计理论,对开发新一代干粘着功能表面及器件具有重要理论指导意义和实用价值。本文从剥离区域影响剥离性能及各向异性性能关     

一种仿生机器鱼尾鳍推进机构的设计

通过对曲柄摇块机构的改进,设计了一种新型的仿生机器鱼尾鳍推进机构。利用Pro/E运动学仿真模块及ANSYS软件,给出了该机构实现直线游动的条件,以及实现转弯运动的3种不同方式及其适用场合。在此基础上,指出了仿生机构实现多种模态的直线游动和转弯动作的控制策略。仿真结果表明:运动过程中机构质心变化范围很小,同时惯性力对动态平衡影响也很小,从而验证了所设计结构的合理性。     

户外移动机器人运动控制器的设计及实验

移动机器人运动控制器是实现机器人运动控制功能的软硬件结构.针对户外智能移动机器人的特点和要求,设计了实用的运动控制器,并在该控制装置上进行了运动控制算法的应用实验,结果表明该设计可行且适宜于工程应用.     

司步带传动周转轮系机器鱼的设计与验证

介绍了一种用于拖曳试验的多关节机器鱼试验平台,用以研究鱼类尾鳍游动机制,提供功耗可测,且能够精确拟合亚绣科鱼类运动曲线的多关节机器鱼。根据生物学鳕鱼外形观测数据,同时采用伺服电机驱动同步带串联周转轮系传动的方式,使仿生机器鳕鱼在形态学和运动学上最大程度复现自然界鱼类游动方式。介绍了平台的机械结构及运动控制的实现,同时利用虚拟样机技术对机器鱼设计方案进行运动学验证以及动力学分析。结果表明机构设计合理,能够满足设计需求。     

微型飞行器结构的发展及关键技术

微型飞行器从概念的出现到现在的研究与发展,已经经历了很多,出现了各式各样的微型飞行器。介绍了当前微型飞行器所涉及的主要结构及其特点,同时对微型飞行器需要突破的技术和方向进行了阐述。     

鲹科模式机器鱼自主游动的水动力特性研究

采用数值模拟方法对鲹科模式机器鱼的自主游动机理进行研究。通过求解三维机器鱼自静止状态起动,逐渐加速并最终收敛到稳态游动的动力学过程,探讨自主游动过程中运动学和力能学参数的时间历程规律,并通过改变机器鱼的运动学参数来研究其自主游动的水动力性能,揭示力学机理和流场结构。结果表明,机器鱼自主游动过程中,速度和力呈现明显的非定常变化,在鱼体开始摆动并逐渐加速的过程中,作用在鱼体上的力和力矩均不平衡,因此存在一定的平动和转动加速度,当流场趋于稳定时,鱼体所受的力和力矩达到平衡,并获得一定的前向稳态游动速度。进一步在稳态游动的基础上,研究摆动频率和尾部摆幅对机器鱼水动力参数的影响,提取的三维流场结构清晰地反映出二者对机器鱼稳态游动的影响机制。研究结果对于获得更为合理的三维机器鱼的稳态游动机理,开发新型原理样机具有重要意义。     

紫外可见光谱仪器的小型化发展及关键技术

介绍了紫外可见光谱仪器的小型化发展方向以及小型化过程中的关键技术；对传统紫外可见光谱仪器与符合现代发展趋势的小型化紫外可见光谱仪器进行了对比分析．分析结果表明．小型化的现代紫外可见光谱仪器在仪器结构、工作速度和方式、信噪比、灵敏度等方面具有优势，在光谱带宽方面有所不足；最后根据分析结果，提出了今后工作的方向。     

涡旋压缩机的发展优势和关键技术

从涡旋压缩机的发展历史，特点，研究现状方面分析了涡旋压缩机的发展优势，介绍了各种型线的特点及评判标准，提出了涡旋压缩机进一步发展的关键技术。     

电动汽车的关键技术及发展对策

在简述了电动汽车研制现状以后，谈到当前由于节能和环境保护的要求，各国在法规、标准、政策等方面也作出规定，促进了电动汽车的研制。介绍了电动汽车的关键技术（总体设计及车身，驱动用蓄电池，驱动用电动机及其调速系统和电动汽车的综合监控系统）与存在的问题。最后提出了我国加速发展电动汽车应采取的对策。     

菱形移动机器人行走机构及其运动研究

基于传统的菱形结构双轮差速控制移动机器人的特点，提出了一种采用双轮差速控制的三段菱形结构移动机器人的设计方法，分析了这种结构的机器人的运动学和动力学性能，给出该机器人运动的约束条件，研究表明此方法可以有效提高其对地形的适应能力。     

多关节自主游动机器鱼的设计与控制

为研究机器鱼设计过程中的关键问题(如密封、配重)以及机器鱼控制中的难点(如逼真的模拟鱼的游动),设计了四关节且可以自主游动的鲹科机器鱼研究平台,展示了机器鱼机械结构和控制系统的设计过程。水下实验证明此机器鱼平台可行而有效,能够真实地模拟真鱼的游动姿态和行为,可用于后续研究,如提高机器鱼的游动效率、优化机器鱼的控制算法等。