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。     

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。     

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。     

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。     

机器鱼高精度实时反馈控制系统

为实现高速和精确的速度控制,设计一种机器鱼高精度实时反馈控制系统。研究仿生机器鱼的推进速度与鱼尾的摆动频率、幅度的关系,以FPGA为主控芯片,完成机器鱼3自由度舵机的控制和实时状态反馈,并与PC决策系统交换数据;将视觉系统采集处理得到的机器鱼实际前进速度作为反馈,与目标速度作差构成闭环,利用PID算法通过控制3自由度舵机的摆动频率和幅度精确控制机器鱼速度,并通过实验得出速度控制曲线和误差曲线。实验结果表明,该系统能完成机器鱼高精度、高稳定度的速度控制。     

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。     

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。     

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...     

平面二自由度并联机器人结构优化与操作空间选择

针对毛坯锻造自动化生产等对高节拍低精度往复运动的搬运操作需求,提出一种基于平面双滑块机构的二自由度并联机器人。由平面上互相平行的2个直线运动滑块驱动机器人末端实现竖直平面内的物料搬运运动,建立机器人运动学模型,基于灵巧度和全局性能指数进行机器人结构参数设计,同时兼顾运动周期与运动精度,获得机器人操作空间。实验分析结果表明：机器人工作周期为1.5 s,竖直位移为245 mm,末端轨迹精度为±1.5 mm,证明机器人具有良好的运动精度和足够的运动位移,以及良好的工作效率。     

康复助行机器人仿真设计与分析

为帮助因战争引起的下肢残障者进行康复训练,设计了一种具有安全性强、智能化程度高、人机交互友好等特点的助行机器人。采用运动学和动力学分析方法获得运动方程和力检测模型,分别建立了机器人直行与原地转弯情况下的运动控制系统;基于人因工学研究与工业造型优化设计的结果,使机器人达到了功能性与美观性的有机结合;通过仿真实验,验证了所设计的机器人在伴随患者进行移动式训练时可提供安全保护。结果表明,该机器人在下肢康复训练过程中是有效与可行的。     

人机共存环境下巡检机器人自主移动与避障方法

为提高人机混杂环境中移动机器人自主巡检效率,提出一种基于模糊逻辑理论的避障方法。通过分析人 类的社会行为规则,结合机器人的运动特性,建立移动机器人系统的数学模型,将人机距离、人的行为模式和人与 机器人间的相对速度参数进行模糊化处理,得出基于模糊推理方法的机器人速度变化决策,利用模糊控制规则,实 现模糊逻辑控制,并通过穿越和相遇2 种运动行为进行了实验验证。仿真结果验证了该方法具有抗干扰性和良好的 避障性能。     

基于仿生水母机器人的机械臂设计与仿真分析

为满足海洋探索及水下侦察的任务需求,设计一种多自由度仿生水母机器人。在Matlab 分析软件中利用 Robotic Toolbox 建立水母机械臂模型,进行运动仿真,分析其运动学和动力学,得出角速度、角加速度等曲线。依 据反推出的力矩曲线,对导入到Adams 中的3 维模型进行驱动仿真,采用Jtraj 函数对四自由度仿生水母机器人的机 械臂进行5 次多项式轨迹规划,并构建一个简单的BP 神经网络控制算法。仿真结果表明：各运动曲线连续、平缓 无突变,可满足实际需求。