仿生机器鱼的设计及其运动控制研究

本文基于简化的鲹科鱼类的运动学模型,采用多关节的驱动方式和一种多电机的角度控制算法对机器鱼进行运动控制,并通过实验得到了验证,同时,为机器鱼设计了传感器网络,并运用智能避障的方法,使机器鱼具备一定的自主能力。     

仿生机器鱼运动控制方法综述

运动控制是仿生机器鱼研究的核心问题,为此,依据解决运动控制问题的不同思路,总结了仿生机器鱼运动控制常见的几种研究方法:基于杆系结构的鱼体波曲线拟合法、正弦控制器方法和基于中枢模式发生器模型的方法,分别对3种运动控制方法的基本原理和特点进行了总结和归纳,分析了3种方法在可靠性、稳定性和实时性等方面的优缺点,最后指出了仿生机器鱼运动控制方法的发展趋势。     

基于CFD的仿鲹科机器鱼动力学建模与运动控制

仿生机器鱼的运动控制是仿生机器鱼推广应用的基础;然而,仿鲹科机器鱼的推进一般采用鱼体波数据,很少采用真实鱼类游动数据;为了深入探究仿鲹科机器鱼运动控制方法,采用了计算流体力学方法,通过标定流体介质、来流速度、鱼体几何形状等措施,利用Fluent软件进行了建模,然后针对鱼体波数据和真实金枪鱼游动采样数据两种不同推进数据对仿生机器鱼进行了仿真和实验;结果表明对于多关节仿生机器鱼推进方面,真实金枪鱼游动采样数据相较于常见的鱼体波产生的推进数据,在躯干进行大幅值摆动的情况下效果更好;这一仿真和实验对比为仿鲹科机器鱼的高效运动控制提供了一种新思路。     

基于CPG模型的仿生机器鱼运动控制

仿生机器鱼的研究已经成为一个富有挑战性的热点问题.为了控制机器鱼自身的运动和姿态,本文研究了胸鳍对机器鱼运动的影响,并且基于CPG模型,提出了一种运动控制方法.采用的控制模型由4个振荡器构成,可根据反馈的信息产生节律信号以控制机器鱼胸鳍和尾鳍的运动.根据CPG模型参数与反馈输入之间的关系,设计了机器鱼俯仰和转弯反馈控制方法,利用反馈的信息自主调节CPG参数,达到控制胸鳍运动模式的目的.仿真实验验证了控制模型和反馈策略的有效性.     

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。     

机器鱼辅助水下考古实验研究

分析了水下考古对潜器的需求,从速度、机动性、与UUV的对比等方面阐述了SPC-II(Stability first, Propulsion secondary, Control the third)机器鱼水下作业的可行性,提出了基于盘旋下潜的机器鱼辅助水下考古实现方法．这种方法在实际考古中得到验证,弥补了SPC-II无法动力悬停的不足,并为下一步的研究提供参考．     

基于次优区间卡尔曼滤波的机器鱼跟踪方法

目前,自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)研究的重点集中在跟踪定位、精确制导和返坞等领域。机器鱼已成为AUV在智能教育、民用与军事等方面的应用热点。从非线性跟踪分析中发现,区间卡尔曼滤波算法虽然包含了一切可能的滤波结果,但范围比较宽,也比较保守,而且区间数据向量在实现之前是不确定的。文中提出了一种次优区间卡尔曼滤波优化算法。次优区间卡尔曼滤波方案用区间矩阵的逆 代替 其最坏逆,比标准区间卡尔曼滤波更逼近状态方程和测量方程的非线性过程,提高了标称动态系统模型的精确度,改善了跟踪系统的速度与精度。蒙特卡洛仿真实验结果表明,次优区间卡尔曼滤波算法的最优轨迹优于区间卡尔曼滤波方法及标准的卡尔曼滤波方法。     

仿生机器鱼的动力学仿真

仿生机器鱼的研究受到各国越来越多的研究工作者的重视,并取得了一定的成果.本文着重研究了仿生机器鱼的尾鳍的动力学并建立了仿生机器鱼的运动模型,并对该模型进行了计算机仿真,研究探索了仿生机器鱼的前进速度与尾鳍摆角、摆动频率、摆动幅度之间的关系.     

全方位移动平台自适应滑模运动控制研究

针对大型设备承重的要求,以8×8全方位移动平台为研究对象,建立了平台的运动学模型和动力学模型,并针对平台轮子滑移和重心偏移等不确定和非线性因素,利用RecurDyn建立平台三维模型,利用Matlab/Simulink建立联合仿真模型;采用自适应滑模控制对平台进行轨迹跟踪控制,并与PD控制方法进行对比,仿真结果表明,自适应滑模控制方法有效的降低了输出抖振,减小了不确定和非线性因素对运动的影响,跟踪误差几乎为零,实现了精确轨迹跟踪控制.     

带翼水下机器人运动控制的动力学建模

根据水下机器人运动的一般方程,分析了其所受线性和非线性水动力的影响,进而推导出水下机器人控制系统的运动方程．讨论了螺旋桨和舵、翼的推力解算方法和整个系统的动力学响应过程．为分析控制系统的物理学特性提供了理论依据．     

一种球形机器人的非线性滑模运动控制

基于非线性滑模控制方法,对一种欠驱动的球形机器人的运动控制问题进行了研究．球形机器人的输入由两个相互正交的力矩组成．在非完整约束的条件下,分别建立球形机器人的运动学和动力学模型,并通过输入变换将动力学模型变换为一个两输入的二阶系统．基于非线性滑模控制方法分别设计了横向姿态控制器和纵向速度控制器,可以保证被控的运动状态收敛到期望的邻域内．仿真和实验结果验证了所建立的动力学模型和控制方法的有效性．     

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.     

基于嵌入积分滑模策略的船舶运动控制

针对船舶模型的不确定和海浪干扰问题,为实现船舶航向控制,提出了一种嵌入积分滑模控制方法,此方法结合了积分滑模和嵌入滑模的控制思想。积分滑模是用来减小滑模函数的增益,嵌入滑模用来补偿系统匹配和不匹配的扰动。并利用基于极点配置的状态估计方法实现了对高频海浪扰动的滤波。最后进行仿真试验,结果表明设计的控制器具有船舶操纵的良好动态特性,具有超调小鲁棒性强的优点,更适合船舶航向控制的工程要求。     

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．     

仿生机器鱼艏向摆动动力学仿真及分析

由尾鳍拍动产生侧向力导致的机器鱼的艏摇能够影响航行器的推进效率。该文首次运用Adamas软件埘北京航空航天大学机器人研究所“SPC—Ⅱ”仿生机器鱼进行了尾鳍受力分析和动力学仿真。从鱼体和尾鳍推进机构质阜比、拍动频率以及对尾鳍攻角的影响三个方面对仿真结果进行了分析,得出以下结论：随着鱼体和尾鳍推进机构质量比的增大以及频率的增大。艏摇不断减小;鱼体和尾鳍推进机构质量比小于78,没有出现共振现象;艏摇的存在会明显的衰减尾柄主臂和尾鳍攻角的角位移。     

基于机器鱼的违规排污口定位方法

为解决违规排污口的侦测和定位的问题,本文使用机器鱼作为传感器的城体对违规排污口排放的污染物质进行检测分析,结合污染物的扩散模型对污染物浓度场进行分析并对排污阴进行定位。论文对违规排污侦测机器鱼所需的功能进行了分析,并根据分析结果对机器鱼的机械机构和内部电路结构进行设计,使用机器鱼结合污染物的扩散模型的方法设计出违规排污口的追踪定位方法,并对机器鱼和追踪算法进行实际测试,通过实际测试表明了设计的正确性。     

机器鱼的无半径转弯

在研究机器鱼机动性的情况下,建立了无半径转弯的运动学模型,该模型实现了机器鱼在改变方向时不影响位置的变化,最后通过水动力学分析和仿真实验验证这一理论是合理的.     

基于神经网络补偿的滑模控制在AUV运动中的应用*

由于自主水下机器人水动力模型参数的不确定性及其强非线性,提出神经网络动态滑模面控制法。将系统分为确定与不确定部分,通过滑模控制实现对系统确定部分的控制,通过神经网络所具有的自适应调节能力实现对未知干扰与不确定部分进行补偿控制,提高系统的强鲁棒性。通过Lyapunov法验证了控制算法的收敛性;通过MATLAB仿真平台和半物理仿真平台,验证了算法的鲁棒性和抗干扰性。     

三种车型的全方位移动平台模糊滑模运动控制研究

为了加强全方位移动平台的承重能力,提出了3种平台车型布局的设计方案,然而由于布局改变或载重后导致重心偏移,致使平台在全方位移动时出现偏差;使用模糊滑模控制方法来消除重心偏移对于全方位移动的影响,在进行圆轨迹跟踪联合仿真后,其结果表明模糊滑模控制方法完全适用于三种车型的控制,有效克服了因重心偏移而导致全方位移动出现偏差的问题,跟踪误差几乎为零,并且实现单一控制算法的通用化,统一化。     

基于模糊控制的仿生机器鱼转向控制研究

针对一类微小型仿生机器鱼的转向控制问题,结合其自身运动的特点,提出一种基于模糊控制的转向控制算法.根据实验室经验建立模糊控制规则,运用Mamdani推理,构造出控制响应表.通过避障问题对算法进行验证,仿真结果表明,该方法对机器鱼的转向控制有效,可行且能满足实时性的要求.