基于虚拟样机的仿鲹科机器鱼游动姿态仿真研究

为实现仿鲹科机器鱼的真实运动模拟,通过对一种仿鲹科机器鱼进行方案设计、三维实体建模和ADAMS运动仿真,实现仿鲹科机器鱼的仿真模拟;设置多舵机串联驱动机器鱼多种驱动模式,进行鲹科鱼类的推进模式及其动力学分析;并通过对比各个游动模式下的机器鱼身体波波幅包络曲线,获得机器鱼最贴合实际的舵机驱动方式。本研究为仿鲹科机器鱼的设计和优化提供参考依据。     

仿鲹科类机器鱼的研制与实验

机器鱼的研究,为研制水下低噪声、高效、商机动性移动平台提供了一个可行的方向。鱼在水下的游动方式多种多样,文章对其中一种即鲹科鱼类的游动方式进行了分析研究,介绍了按此原理模仿研制的1条三节的机器鱼,并对实验结果进行了初步的分析。     

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.     

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。     

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。     

基于舵机驱动的一种仿人面部表情机器人的结构设计

仿人面部表情机器人研究难点之一是在有限空间内完成机械结构设计。文章选用舵机作为驱动,完成了一个结构精简、空间利用率高、成本低的仿人面部表情机器人的结构设计。该机器人外形尺寸接近真人,包含眉毛、眼睑、眼睛和下颌4个运动模块,由7个舵机驱动。整个设计在UG中三维建模并进行运动仿真,机器人能实现多个类人的基本表情。     

基于压电双晶片驱动的微型仿生机器鱼的设计

通过鱼类游动机理得到启发,将压电双晶片驱动器与柔性机构合为一体,设计了模拟鱼尾鳍摆动机构。应用尾鳍推进的流体力学理论以及刚体定轴转动理论建立其动力学模型。分析了柔性机构放大性能,设计计算了压电双晶片尺寸。     

SMA驱动器在微小型仿生机器鱼上的应用

形状记忆合金是近几十年来发展起来的一种新型的功能材料,它是智能结构中最先应用的一种驱动元件。文中介绍了基于形状记忆合金驱动的各种微小型机器人的研究现状。     

仿人机器人的设计与实现

根据仿人机器人实现功能的要求,对机器人各关节自由度合理安排,完成仿人机器人的机构设计。运用D-H坐标表示方法,进行坐标系选取,位姿描述和坐标变换,并建立仿人机器人的运动学方程求运动学的正逆解,从而计算了仿人机器人的运动学。由Pro/E建立实体模型导入到ADAMS中进行虚拟样机仿真,通过查看后处理器运动学仿真结果,并与计算结果相比较,从而得出结论,为物理样机的制造提供科学依据。     

仿蝠鲼机器鱼软体胸鳍建模与仿真

介绍一种仿蝠鲼机器鱼上使用的软体胸鳍推进器,具有三维立体翼型并集成多个软体致动单元,具备更高形态及运动仿生度。分析提取了生物原型翼缘曲线并建立扑翼运动学模型,解耦描述胸鳍俯仰-摆转复合运动模式;对比了不同致动器数量的软体胸鳍运动特性与控制策略,并通过样机静态加载试验验证了有限元模型可靠性;基于格子-玻尔兹曼方法实现复杂曲面动态边界的流固耦合,在仿真环境中分析了单/多自由度软体胸鳍在不同工况下的扑翼推升力特性;数据对比表明多自由度胸鳍平均推力为单自由度的7.2倍,性能优势显著,为进一步水动力试验研究与机器鱼平台整合提供了数据预测与方向指导。     

基于虚拟样机技术的一种智能花卉设计

传统的城市景观主要以仿真花和景观灯为载体,功能单一、人景交互性不足.为满足市场需求设计了一款智能花卉,在普通仿真花的基础上增加发光装置、传感器装置、运动装置、控制单元等模块,实现仿真花的仿生运动和自动控制.设计过程中采用CATIA数字样机技术和3D打印技术,缩短了设计周期.通过组合机构运动装置实现花卉的"开花"过程,并...     

基于机器视觉技术的复合精密驱动与控制系统

提出了一种基于机器视觉技术的精密机械加工与控制系统。利用步进电机-丝杠机构在大行程上的优势和压电驱动器具有微小精密位移的特点，构造了三自由度精密机械加工系统，解决了精密加工时既要求有较大行程的粗位移进给，又要求加工末端精密进给的需求；控制系统采用机器视觉和计算机数字图像处理技术相结合，通过CCD图像数据采集、图像匹配和模式识别实时测控目标距离与位移，完成精密定位与进给的可视化控制和操作过程。该系统可应用于现代精密加工和制造中。     

基于机器视觉技术的压电精密驱动与控制系统

提出了一种基于机器视觉技术的精密机械加工与控制系统。将步进电机-丝杠机构在大行程上的优势和压电驱动器具有微小精密位移的特点相结合，构造了三自由度精密机械加工系统，解决了精密加工时既有较大行程的粗位移进绐、又有加工末端精密进给的需求；控制系统将机器视觉和计算机数字图象处理技术相结合，通过CCD图象数据采集、图象匹配、模式识别实时测控目标距离与位移，完成了精密定位与进给的可视化控制和操作过程。     

一种摆动式柔性关节的遥控仿生机器鱼

该文提出一种波壳伸缩式摆动式柔性关节 ,突出了由弯曲关节构成的仿生机器鱼的设计。此关节采用板弹簧为柔性骨架 ,波壳弹性体受气压后轴向膨胀作为肌肉动力。文中给出了柔性关节的简单结构、仿生机器鱼的基本构造、接受与控制系统的硬件组成以及驱动系统的原理     

基于机器视觉的FDM-3D快速成型异常工况监控系统

针对FDM-3D打印过程中存在的各类打印故障,提出了一种基于机器视觉的FDM-3D快速成型异常工况监控系统,该系统能够完成自动识别和报警等功能,实现无人值守状态下的智能监控。首先,基于视觉提取实际打印目标的轮廓;然后,基于计算机图形学获取stl文件中待打印物体的理论轮廓,并将其与实际打印目标的轮廓做对比;最后,开发一个基于网络的自动报警系统。实验结果表明,该监控系统能够对零件垮塌或打印机喷头堵塞等状况实现实时在线的评价。基于图像识别的监控方法能够与3D打印目标的造型实时匹配,该方法可以扩展到多种不同类型的打印机。     

一种手指关节康复训练器械的设计与动力学仿真分析

针对指伸肌麻痹、手指及腕挛缩无力等手指功能障碍患者康复设计了一种可穿戴式康复训练器械。整体器械与上肢固定护具结构基于逆向工程个性化定制。通过推导其位形运动学,求解训练器械的各个关节运动参数与指节的位置姿态之间的关系,探究康复训练过程。使用ADAMS对手指关节康复训练器械做动力学仿真分析,验证了手指康复训练器械设计方案的正确性。按照该方案3D打印制作出物理样机,开展试验对比和优化设计,为实现个性化上肢关节康复训练器械的研制提供重要技术支持。     

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。     

基于FLUENT的仿生机器鱼壳体结构设计与优化

为得到阻力性能较好的机器鱼壳体结构参数,先通过二维流场仿真确定了壳体轮廓方程,应用ICEM CFD建立了三维流场结构化网格模型,对椭圆加抛物线的线型回转体进行了FLUENT仿真。重点研究了壳体尺寸参数变化对形体阻力的影响。结果表明,椭圆与抛物线外形的壳体行进阻力相对较小; 相同雷诺数下,最大截面直径越大,形体行进阻力越大; 最大截面距前端约一半体长时,形体具有最小行进阻力,并根据仿真结果设计研制了机器鱼壳体外形。     

基于RecurDyn的3D打印并联机器人机构的运动学分析与仿真

以3D打印并联机器人3-PUU机构为研究对象,对其进行运动学分析。通过坐标的方式对3-PUU机构进行运动逆解,推导出映射并联机构的主动关节输入速度矢量和动平台输出速度矢量关系的雅可比矩阵。利用Pro/E三维建模软件建立了虚拟样机模型,通过多体系统动力学仿真软件Recur Dyn对实体模型进行了运动学仿真分析验证了理论求解的正确性,通过该仿真分析,不仅能直观地证明所建立的数学模型的正确性,更为以后的并联机器人机构的动力学分析、轨迹规划控制奠定了基础,也为机构的优化设计提供了方向。该机构在3D打印、医用机器人等领域有潜在的应用前景。     

基于蓝牙串口模块的低成本机器鱼

文中提出了一种基于蓝牙串口模块控制机的低成本机器鱼系统,该系统由3个微型伺服电机构成鱼体的运动机构,采用蓝牙模块实现机器鱼的控制器与上位机控制系统的无线通讯。