基于人工侧线系统的机器鱼游动模态感知研究

针对水下机器人面临着感知周围水环境信息的困难的问题,在自主式机器鱼上设计一种人工侧线系统.首先介绍了自主式机器鱼及其人工侧线系统,其次通过改变中枢模式发生器(central pattern generator,CPG)的运动控制参数决定机器鱼的游动模态,最后通过人工侧线系统得到机器鱼在向前、左转右转和上升下潜时的压强变化.分析结果表明:该套人工侧线系统设计能有效的感知水流信息,为水下机器人提供了一种感知游动模态的新办法.     

三关节仿生机器鱼的设计与验证

为提高推进模式机器仿生鱼的游动效率,以鲨鱼为仿生对象,设计一种三关节仿生机器鱼平台。依据鯵 科鱼类游动机理,采用大扭矩舵机模拟鲨鱼的摆动,通过CPG 的控制算法实现机器鱼在不同速度档位的游动、转弯 等动作,通过PID 算法实现了机器鱼的定向巡航游动,并对机器鱼样机进行测试验证。测试结果表明,该设计可为 三关节仿生机器鱼设计提供参考。     

.基于人造侧线系统的机器鱼游动模态感知研究

侧线系统是水生物感知周围水环境的重要感知器官。凭借侧线系统优良的感知能力,水生物可以做出合理游动模态来适应周围水环境。目前水下机器人面临着感知周围水环境信息的困难,所以我们提出依据水生物侧线系统的结构特点在机器鱼上设计人造侧线系统。我们这里探讨了箱鲀鱼侧线系统的结构特点和感知原理;介绍了机器鱼的人造侧线系统设计原理;并通过这套人造侧线系统来对机器鱼游动模态进行感知研究。     

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。     

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。     

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.     

水下仿鱼无人航行器研究综述

水下仿鱼航行器最常见的推进模式包括尾鳍(BCF)推进模式和胸鳍(MPF)推进模式,其中MPF推进模式相对BCF推进模式具有机动性与稳定性的优势。首先概述了水下仿鱼无人航行器的意义,然后,对MPF和BCF两种推进模式,在推进方式、运动速度、推进效率、机动性和游动稳定性等方面进行了比较,并综述了国内外研究现状,提出了此类航行器的关键技术,指出其未来的发展趋势。     

一种机器鱼水球仿真比赛裁判自动控制系统

针对水下环境的不确定性以及策略算法调试困难等问题,设计一种机器鱼水球仿真比赛裁判自动控制系统。介绍其系统框架,通过机器鱼运动学建模得到机器鱼位姿,对机器鱼进行运动控制仿真、扰动控制仿真、碰撞处理仿真、对比赛进程进行自动控制仿真等。系统并提供了实体机器鱼水球比赛相关控制接口及接口扩展功能等。结果表明,该系统能为水球仿真比赛过程中出现的犯规情况、比赛进程控制、进球判断、比赛特有规则等提供了有效的控制处理方法,还可扩展到水球仿真比赛的其他项目,或3D仿真和实体仿生机器鱼水球比赛控制系统中。     

一种机器鱼仿真平台场地与动态实体的实时绘制方法

为了解决水中机器人竞赛URWPGSim2D仿真平台1．0版本中无法进行比赛场地的自适应缩放,以及不便于实时提供碰撞检测所需的实体坐标信息等问题,提出一种机器鱼仿真平台场地与动态实体的实时绘制方法。设计比赛场地与动态实体绘制的实现思路,并根据实体机器鱼的游动模型设计仿真机器鱼的外观及运动形态,使仿真平台中的场地以及所有的动态实体的大小都可根据实体机器鱼比赛场地的尺寸进行等比例缩放及显示。同时,新平台中还提供了动态实体、静态实体的实时位置信息,以便平台中其他模块的调用,并且针对碰撞检测的需要提供了各个实体边缘位置的坐标数据。实践结果证明：该方法能将实体机器鱼的比赛场景实时、逼真地表现在URWPGSim2D仿真平台2．0中。     

一种基于有限状态自动机的多鱼协作顶球算法

针对水中机器人比赛中多机器鱼协作顶球时出现的互相干扰的问题,提出一种基于有限状态自动机的多鱼协作顶球算法。从机器鱼运动特点以及水环境的特点出发,以单鱼顶球算法为基础,以有限状态自动机的思路建模,对每条机器鱼的动作决策进行规划,从而能够高效地完成每条机器鱼的路径规划并避免互相干扰,以达到高效顶球的效果。实验结果证明:该有限状态机能够触发每条鱼的状态动作的转换,最大可能地实现互不干扰地交互顶球,大大提高了在多鱼顶球时的效率。     

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。     

基于位置反馈的多机器鱼编队控制

为实现多机器鱼的队形控制,在图论队形控制理论的基础上引入一种基于位置反馈的队形控制策略。介绍参考机器鱼的概念,在任一时刻都设定一个保持不动的参考机器鱼,其它机器鱼则根据当前参考机器鱼的位置及机器鱼之间的信息交互来调整其相对位置,使多机器鱼系统在有限时间内实现任意队形的形成。在水下机器人2D仿真平台上进行实验,并给出不同情况的实验结果。仿真结果表明：该方法整体性好,鲁棒性强,抗干扰性强,计算简单,可实现任意队形。     

基于Android 平台的服务机器人控制系统

为了实现 Android 平台对机器人的无线控制功能,以服务机器人为例,设计该服务机器人的控制系统,实现Android终端与单片机间的无线通信,从而可以通过Android终端控制机器人.详细介绍该室内服务机器人控制系统的硬件设计和软件实现的全过程.以 ATmega128 单片机作为控制核心,Android 终端可以通过无线通信模块对机器人进行控制,扩展了机器人的服务功能.在AtmelStudio6.0环境下采用C语言编程实现服务机器人各模块设计,使用Java语言通过eclipse软件编写Android应用程序,完成Android终端与单片机之间的通信.     

一种2D 仿真水球5VS5 比赛策略

针对水中机器人2D仿真水球5VS5比赛的规则,提出一种有效的多鱼协作带球与抢球方法。从速度控制、方向控制、顶球动作和智能反应4个方面进行单鱼动作设计,在此基础上进行简化后增加特殊角度的设计,采用动态顶球点和动态最优位置来设计协作带球,并通过＂领域智能算法＂进行协作抢球。分析结果证明：该策略能提高机器鱼之间的协作,并在2012中国机器人大赛2D仿真水球5VS5项目中取得了亚军。     

基于Android平台的服务机器人控制系统

为了实现Android平台对机器人的无线控制功能,以服务机器人为例,设计该服务机器人的控制系统,实现Android终端与单片机间的无线通信,从而可以通过Android终端控制机器人。详细介绍该室内服务机器人控制系统的硬件设计和软件实现的全过程。以ATmega128单片机作为控制核心,Android终端可以通过无线通信模块对机器人进行控制,扩展了机器人的服务功能。在AtmelStudio6.0环境下采用C语言编程实现服务机器人各模块设计,使用Java语言通过eclipse软件编写Android应用程序,完成Android终端与单片机之间的通信。     

水中机器人2D仿真平台的直线优化算法

基于 URWPGSim2D 仿真平台,提出在水中搬运项目上的一种直线优化算法.分析仿真机器鱼的运动特性,介绍2D仿真机器鱼现有的point to point算法,给出优化后的直线算法,并通过实验进行验证.实验结果表明:优化后的算法能有效提高机器鱼的稳定性,能更好地进行控制,可为水中机器人其他项目仿真鱼的控制提供参考.     

基于一致性理论的多机器鱼编队控制

针对多机器鱼系统的一致性问题,设计一种基于一致性理论的多机器鱼编队控制模型。采用一个基于拓扑结构的多机器鱼编队控制模型描述机器鱼之间的信息交换方式,分析该模型下的有向网络取得渐近一致性的条件,并应用到领航者一跟随者模式下的编队控制中,将任意的队形转化为“一跟一”的局部“领导-跟随”关系并奔向目标区域,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：该编队理论在多机器鱼控制系统中是有效的。