仿生机器鱼

摘要： 为提高仿生机器鱼的工作可靠性,提出一种应用于仿生机器鱼的渐变可靠性稳健优化设计方法。以仿生虎鲸为研究对象,基于扑翼运动理论,利用Matlab得到了仿生虎鲸的动态载荷。基于可靠性灵敏度设计理论和稳健设计理论,构建了优化设计状态函数,得到了仿生虎鲸尾鳍推进系统对其渐变可靠性灵敏度的影响。利用改进量子进化算法进行优化设计,得到了尾鳍推进机构的最优解,结果表明,设计变量的灵敏度的绝对值均有降低,可靠度得到提高,结构更加稳健。将扑翼运动理论、可靠性灵敏度设计理论、可靠性稳健设计理论、性能退化理论和改进量子进化算法相结合,提出一种应用于仿生机器鱼的渐变可靠性稳健优化设计方法,为仿生机器鱼的可靠性分析与设计提供理论方法和数据支撑。

摘要： 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。

摘要： 针对水下目标近距离作业需求,基于计算流体动力学方法建立了仿生机器鱼双侧近壁波动推进的耦合求解模型,分析了靠壁距离和斯特劳哈尔数(St)对仿生机器鱼水动力学的影响关系,揭示了壁面效应作用下的流场结构分布。结果表明:近壁面波动推进具有增推效果,同时也增加了无功功率输出。St数增大时,壁面效应对水动力学参数的影响越显著。研究结果对仿生机器鱼在非结构环境下的运动控制具有指导意义。

摘要： 随着科技发展,越来越多的智能装备、机器人走进了各行各业中,其中海洋装备的发展近些年尤为迅猛,关于水环境的污染治理、水产养殖等细分领域也出现了越来越的智能装备。设计了基于螺旋桨推进和仿生推进的混合动力水下机器鱼,旨在解决水质的动态监测、深海作业和水产养殖监测领域的问题。

摘要： 为方便监测水质与水下鱼群活动,本研究设计了一款面向全水域实时监测的水产养殖机器鱼,并搭建了机器鱼控制系统,开展了机器鱼三维路径跟踪控制研究。在Serret-Frenet坐标系下建立了机器鱼三维空间路径跟踪误差模型,并基于LOS制导律和李雅普诺夫理论设计了一种模糊滑模控制器,最后利用Matlab仿真对本研究提出的控制算法的有效性进行验证。仿真结果表明:所设计的控制器能使机器鱼在模型参数不确定性、外部干扰未知的情况下实现三维路径跟踪控制,其控制精度和鲁棒性明显优于常规PID与滑模控制器。

摘要： 针对水下复杂的地理环境,如珊瑚礁、海洋生物栖息地等大型潜航器无法有效涉足的海底环境,我们提出了一种单关节仿生水下可见光通信无人潜航器,该潜航器使用了先进的可见光无线通信技术,在较远距离上无需脐带缆即可实现对潜航器的无线操纵,并且可以实时接收潜航器的状态和回传图像,可以为海洋科考提供有力帮助。

摘要： 为提高尾鳍摆动推进仿生机器鱼游动时的推力,设计了一种可变面积仿生尾鳍。建立尾鳍三维运动学模型,利用有限体积法对模型及计算区域进行离散,使用非耦合隐式求解器求解非定常不可压缩N-S方程和连续性方程;采用在尾鳍表面设置漏空区域方法,研究了相同运动学参数下,尾鳍漏空区域的形状、位置和大小等参数对推力的影响,重点对比分析固定面积与变面积推力的变化。结果表明:适时改变尾鳍面积有利于提高尾鳍摆动推进力,在给定研究条件可提高20%至25%推进力;从尾鳍表面压力和周围区域流体迹线分布情况,结合尾鳍不同切面涡结构,揭示了试验结果的内在原理。该研究成果为优化尾鳍摆动推进的仿生机器鱼设计提供了参考。

摘要： 带有视觉系统的水中仿生机器鱼需要能够采集水中环境的图片,并进行对应的任务处理。通过仿生机器鱼在水中采集到的图像会出现两个主要的问题:图像退化和图像畸变,该文中给出了对应的图像增强方法和几何形变矫正的方法,同时将图像处理等方法用在水下石油管道漏油点检测的模拟实验中,仿生机器鱼可以在水池中的白色石油管道上找到漏油点并发出警报。

摘要： 针对仿生机器鱼控制参数的优化问题,该文首先结合正弦控制器的驱动原理建立了机器鱼的运动学模型,并分析了其控制参数(频率和幅值)与机器鱼直线游动性能间的关系;然后,利用粒子群算法对运动学模型中的控制参数进行了优化;最后,对机器鱼的运动学模型及控制参数优化方法进行了仿真研究。仿真结果表明所建立的运动学模型符合鱼类的生物学特征,并且采用PSO算法对控制参数进行优化后、机器鱼的直游性能更佳。

摘要： 针对多关节仿生机器鱼自主游动过程的复杂动力学建模问题,利用中枢模式发生器产生机器鱼的关节驱动信号,采用细长体理论和Newton-Euler法建立了机器鱼水动力学和机构动力学耦合模型。将机器鱼物理模型的尾部关节角摆动规律作为动力学模型的运动输入,对比了数值仿真结果与物理模型实验结果,验证了耦合动力学模型的准确性。分析了机器鱼尾部关节间相位差、摆动角频率和摆动幅值对机器鱼游动性能的影响。结果表明:摆动角频率和最大摆动幅度在一定范围内与平均游速近似成正比,与头部稳定性成反比;相较于平均游速,头部稳定性对关节间相位差的变化更加敏感,较大的尾部关节间相位差能够获得更好的游动稳定性。相关结论可为进一步研究仿生机器鱼复杂轨迹跟踪问题提供前提和理论基础。

摘要： 鱼类经过上亿年的自然进化具有高超的游动能力,正确理解鱼类的高效游动能力、低阻特性和高度环境适应能力,可以极大地推动自主式水下航行器(AUV)技术的发展.本文运用一种基于边界速度修正的浸入边界-格子Boltzmann方法,模拟了仿生机器鱼(Robotuna)的波状摆动推进的运动方式,通过与文献结果的比较,验证了该方法的有效性与高效性,为今后的仿生数值模拟提供一种新的选择.

摘要： 以鱼体运动行波方程为动力学基础，参照鱼体尾部运动函数方程设计了“BLRF-I”系列仿够科机器鱼.在该系列机器鱼中，采用模块化设计结构，可以方便地更改尾部驱动舵机的数量，形成仅有驱动舵机数量不同、其他机制完全相同的单关节、两关节和三关节仿生机器鱼。对“BLRF-I”系列机器鱼的巡游速度与最小转弯半径进行实验分析.结果表明，“BLRF-I”系列机器鱼尾部驱动舵机数量的增加可以有效地提高巡游速度，最小转弯半径在舵机数量为2时达到最小。进而论证了仿生机器鱼关节数目对机器鱼游动性能的影响，并提出了仿生机器鱼关节数目和巡游速度的关系方程。

摘要： 本文针对机器人系统研究中的一个热点问题仿生鱼型机器人开展研究工作.首先简单介绍了国内外开展的机器鱼系统研究工作与研制情况.其后,对中科院自动化所开展的仿生机器鱼研究与研制工作进行了介绍.最后,总结了已有研究工作和仿生机器鱼系统需要进一步开展的研究工作.

摘要： 摆动胸鳍的主被动复合柔性是胸鳍摆动推进模式运动鱼类实现高效率、高机动性、高稳定性、低噪声运动的重要因素.同时,胸鳍摆动推进模式鱼类可利用地面效应有效提升游动速度和推进效率.本项目旨在通过对自然界中仿生原型摆动胸鳍的运动规律深入分析的基础上,研制具备主被动复合柔性特征的仿生机器鱼原理样机,理论与实验分析柔性特征对仿生摆动胸鳍推进性能的影响,实现仿生胸鳍运动的稳定性仿生控制,并初步分析地面效应对摆动胸鳍推进性能的促进作用,为胸鳍摆动推进模式仿生机器鱼的构建与工程应用提供理论依据和方法指导.

摘要： 本文研究了嵌入式视觉指引下灵活机动的机器鱼的跟踪控制问题.首先,提出了一种保持机器鱼头部平稳性的控制方法,目的是获取稳定的图像数据.具体来说,包括基于牛顿-欧拉方法的水动力学建模以及基于遗传算法的控制参数优化.其次,提出了一种多阶段定向控制方法,包括基于标示的视觉定位与基于模糊的定向运动控制.然后,提出了复杂的运动控制策略,均衡机器鱼的运动性能与追踪精度,保证跟踪控制的快速、可靠.最后,在一条自主游动的机器鱼上进行了水下跟踪实验,验证了所提出算法的有效性与可靠性.

摘要： 为了推动水下机器人技术的发展，本文介绍了一种基于全局视觉的水中机器人竞赛项目。该项目首次将水下机器人和水球运动结合起来，采用仿生机器鱼在水中进行水球比赛。作为中国机器人大赛的正式比赛项目，机器人水球比赛已经成功举办两届。机器入水球比赛为研究水下机器人协作技术提供了一个标准平台。可以用来检测和验证各种水下机器人协作技术的理论和方法。

摘要： 近些年来,国内外学者在仿生推进机理和机器鱼样机研制方面进行了大量研究工作,取得了长足进展,为水下推进技术的发展做出了贡献,但现有的机理研究和样机研制都还拘泥于水下的三维游动,尚未有出水运动机理的研究报道和可实现出水运动的机器鱼出现,庆幸的是,自然界的大多数鲔科鱼类都具有一定的跃出水面的能力.因此,本项目旨在开展鲔科鱼类出水运动机理及其换能机制研究,为开发可实现出水运动的水下运载器提供理论依据.

摘要： 近些年来,国内外学者在仿生推进机理和机器鱼样机研制方面进行了大量研究工作,取得了长足进展,为水下推进技术的发展做出了贡献,但现有的机理研究和样机研制都还拘泥于水下的三维游动,尚未有出水运动机理的研究报道和可实现出水运动的机器鱼出现,庆幸的是,自然界的大多数鲔科鱼类都具有一定的跃出水面的能力.因此,本项目旨在开展鲔科鱼类出水运动机理及其换能机制研究,为开发可实现出水运动的水下运载器提供理论依据.

摘要： 近些年来,国内外学者在仿生推进机理和机器鱼样机研制方面进行了大量研究工作,取得了长足进展,为水下推进技术的发展做出了贡献,但现有的机理研究和样机研制都还拘泥于水下的三维游动,尚未有出水运动机理的研究报道和可实现出水运动的机器鱼出现,庆幸的是,自然界的大多数鲔科鱼类都具有一定的跃出水面的能力.因此,本项目旨在开展鲔科鱼类出水运动机理及其换能机制研究,为开发可实现出水运动的水下运载器提供理论依据.

摘要： 近些年来,国内外学者在仿生推进机理和机器鱼样机研制方面进行了大量研究工作,取得了长足进展,为水下推进技术的发展做出了贡献,但现有的机理研究和样机研制都还拘泥于水下的三维游动,尚未有出水运动机理的研究报道和可实现出水运动的机器鱼出现,庆幸的是,自然界的大多数鲔科鱼类都具有一定的跃出水面的能力.因此,本项目旨在开展鲔科鱼类出水运动机理及其换能机制研究,为开发可实现出水运动的水下运载器提供理论依据.

摘要： 本发明涉及水下机器人技术领域，提供了一种仿生机器鱼驱动装置及仿生机器鱼鱼身，包括：密封主舱内设有驱动电机；密封子舱设置于密封主舱的外部且与密封主舱相连通；传动机构从密封主舱延伸至密封子舱，包括：转臂、摇杆和摆轴，驱动电机的转轴与转臂相连，转臂与摇杆相连，摇杆与摆轴沿长度方向的中心铰接，且摇杆的中轴线与转轴的中轴线具有夹角，使摆轴的中心位于摇杆的中轴线与转轴的中轴线的交点上；摆轴可转动地设置于密封子舱内且与转轴垂直布置，摆轴的两端穿设于密封子舱的侧壁。本发明可以将驱动电机的回转运动转变为往复摆动，并将往复摆动从密封空间传递到开放空间，具有结构简洁、密封可靠等特点。

摘要： 本公开提供了一种仿生机器鱼运动控制方法、控制器及仿生机器鱼。其中，一种仿生机器鱼运动控制方法，包括：获取鱼尾鳍关节角度及其对应的仿生机器鱼运动状态标签并存储至数据集中；仿生机器鱼的运动状态标签包括直游运动状态标签和转弯运动状态标签；将数据集划分成训练集和测试集，进行归一化处理；构建LSTM神经网络模型，利用归一化的训练集中的数据训练LSTM神经网络模型，并利用测试集测试LSTM神经网络模型，得到训练完成的LSTM神经网络模型，得到仿生机器鱼尾鳍摆动模型；利用仿生机器鱼尾鳍摆动模型，输出与当前的鱼尾鳍关节角度相对应的仿生机器鱼的运动状态。其能够准确地控制仿生机器鱼的运动状态，更好地实现对仿生机器鱼的控制。

摘要： 本申请实施例提供一种仿生机器鱼运动控制方法、装置和仿生机器鱼，该方法包括：根据期望的前进速度和转向速度，确定仿生机器鱼各个关节的相关控制参数；将所述相关控制参数输入至仿生机器鱼的运动控制模型中进行参数平滑过渡预处理和角度闭环控制运算，以得到各个关节的目标转动角度；其中，所述运动控制模型包括基于预设振荡器构成的中枢模式发生器网络，所述中枢模式发生器网络用于执行所述角度闭环控制运算；根据目标转动角度控制仿生机器鱼的各个关节舵机，以使仿生机器鱼执行期望动作。该方法可以让运动控制模型中的振荡器输入参数进行快速平滑的切换，从而兼顾网络输出的快速性与平滑性等。

摘要： 本发明涉及水下机器人技术领域，提供了一种绳牵引仿生机器鱼驱动装置及绳牵引仿生机器鱼，包括：密封主舱；驱动电机，设置于密封主舱内，驱动电机的相对两侧分别设有摆动机构；摆动机构包括密封子舱、四连杆机构和摆杆，密封子舱设置于密封主舱的外部且与密封主舱连通，以形成传动区域，四连杆机构设置于传动区域，四连杆机构的输入端与驱动电机传动连接，四连杆机构的输出端连接有摆动轴，摆动轴设置于密封子舱内且延伸至外部与摆杆相连，以驱动摆杆往复摆动，摆杆用于与牵引绳相连。本发明可以将驱动电机的回转运动转变为往复摆动，并将往复摆动从密封空间传递到外部开放空间，实现摆动，具有结构紧凑、密封可靠等特点。

摘要： 本发明涉及水下机器人技术领域，提供了一种仿生机器鱼驱动装置及仿生机器鱼鱼身，包括：密封主舱内设有驱动电机；密封子舱设置于密封主舱的外部且与密封主舱相连通；传动机构从密封主舱延伸至密封子舱，包括：转臂、摇杆和摆轴，驱动电机的转轴与转臂相连，转臂与摇杆相连，摇杆与摆轴沿长度方向的中心铰接，且摇杆的中轴线与转轴的中轴线具有夹角，使摆轴的中心位于摇杆的中轴线与转轴的中轴线的交点上；摆轴可转动地设置于密封子舱内且与转轴垂直布置，摆轴的两端穿设于密封子舱的侧壁。本发明可以将驱动电机的回转运动转变为往复摆动，并将往复摆动从密封空间传递到开放空间，具有结构简洁、密封可靠等特点。

摘要： 本申请实施例提供一种仿生机器鱼运动控制方法、装置和仿生机器鱼，该方法包括：根据期望的前进速度和转向速度，确定仿生机器鱼各个关节的相关控制参数；将所述相关控制参数输入至仿生机器鱼的运动控制模型中进行参数平滑过渡预处理和角度闭环控制运算，以得到各个关节的目标转动角度；其中，所述运动控制模型包括基于预设振荡器构成的中枢模式发生器网络，所述中枢模式发生器网络用于执行所述角度闭环控制运算；根据目标转动角度控制仿生机器鱼的各个关节舵机，以使仿生机器鱼执行期望动作。该方法可以让运动控制模型中的振荡器输入参数进行快速平滑的切换，从而兼顾网络输出的快速性与平滑性等。

摘要： 本发明公开了一种用于仿生机器鱼的浮沉装置及仿生机器鱼，包括基板和浮沉部件；浮沉部件对称设置在基板的两侧面；浮沉部件包括：介电弹性体薄膜层、电极层、导电组件以及弹性组件；介电弹性体薄膜层设置在基板上，介电弹性体薄膜层与基板之间形成弧形状的第一空腔；电极层包裹设置在介电弹性体薄膜层上；导电组件与电极层电连接；弹性组件一端设置在基板上、另一端连接于介电弹性体薄膜层。本发明实施例中的用于仿生机器鱼的浮沉装置可通过控制接入导电组件的外部电源的电压值改变其体积以改变仿生机器鱼所受水的浮力，进而实现仿生机器鱼的上浮、浮停以及下沉的动作。从而实现与鱼类相似的浮沉原理，因此所述浮沉装置的仿生性能更佳。

摘要： 本实用新型公开了一种仿生机器鱼外壳及仿生机器鱼，所述仿生机器鱼外壳包括前后依次设置的头部机构、中部机构和尾部机构，所述头部机构包括第一骨架、第二骨架和多块第一切片，所述第一骨架和第二骨架上下设置，多块第一切片前后依次设置，并分别与第一骨架、第二骨架过盈配合，构成鱼的头部形状，所述中部机构包括第三骨架、第四骨架和多块第二切片，所述第三骨架和第四骨架上下设置，多块第二切片前后依次设置，并分别与第三骨架、第四骨架过盈配合，构成鱼的中部形状。本实用新型可以减少仿生机器鱼因为组件太过笨重导致的一些运动难以实现的问题，侧面增加了仿生机器鱼的灵活性，更好的贴切鱼体软体的特性。

摘要： 本实用新型公开了一种用于仿生机器鱼的浮沉装置及仿生机器鱼，包括基板和浮沉部件；浮沉部件对称设置在基板的两侧面；浮沉部件包括：介电弹性体薄膜层、电极层、导电组件以及弹性组件；介电弹性体薄膜层设置在基板上，介电弹性体薄膜层与基板之间形成弧形状的第一空腔；电极层包裹设置在介电弹性体薄膜层上；导电组件与电极层电连接；弹性组件一端设置在基板上、另一端连接于介电弹性体薄膜层。本实用新型实施例中的用于仿生机器鱼的浮沉装置可通过控制接入导电组件的外部电源的电压值改变其体积以改变仿生机器鱼所受水的浮力，进而实现仿生机器鱼的上浮、浮停以及下沉的动作。从而实现与鱼类相似的浮沉原理，因此浮沉装置的仿生性能更佳。

摘要： 本实用新型公开了一种用于仿生机器鱼的浮沉装置及仿生机器鱼，包括基板和浮沉部件；浮沉部件对称设置在基板的两侧面；浮沉部件包括：介电弹性体薄膜层、电极层、导电组件以及弹性组件；介电弹性体薄膜层设置在基板上，介电弹性体薄膜层与基板之间形成弧形状的第一空腔；电极层包裹设置在介电弹性体薄膜层上；导电组件与电极层电连接；弹性组件一端设置在基板上、另一端连接于介电弹性体薄膜层。本实用新型实施例中的用于仿生机器鱼的浮沉装置可通过控制接入导电组件的外部电源的电压值改变其体积以改变仿生机器鱼所受水的浮力，进而实现仿生机器鱼的上浮、浮停以及下沉的动作。从而实现与鱼类相似的浮沉原理，因此浮沉装置的仿生性能更佳。