基于柔性长鳍波动推进的仿生水下机器人设计与实现 被引量：15

1

作者 谢海斌 张代兵 沈林成 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2006年第5期525-529,535,共6页

以基于柔性长鳍波动推进的仿生水下机器人试验模型为背景,主要研究其设计与实现问题.首先,介绍了仿生水下机器人试验模型的设计原则及其系统总体结构,然后重点研究了仿生柔性长鳍、主控模块与通讯系统、运动控制子系统的设计方法、系统... 以基于柔性长鳍波动推进的仿生水下机器人试验模型为背景,主要研究其设计与实现问题.首先,介绍了仿生水下机器人试验模型的设计原则及其系统总体结构,然后重点研究了仿生柔性长鳍、主控模块与通讯系统、运动控制子系统的设计方法、系统构成和工作原理,最后介绍了试验模型的系统测试与航行试验结果及其结论,并指出了仿生水下机器人试验模型的改进重点和柔性长鳍波动推进技术今后的研究方向.基于柔性长鳍波动推进的仿生水下机器人试验模型的研制成功,初步验证了柔性长鳍波动推进方式应用于水下机器人推进控制系统在原理上和技术上是可行的. 展开更多

关键词 柔性长鳍 波动推进 仿生 水下机器人

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微小型水下机器人推进方式的比较研究 被引量：10

2

作者 徐海军 谢海斌 张代兵 《兵工自动化》 2009年第4期85-87,共3页

将当前国内外各种主要微小型水下机器人的推进方式分为舵桨联合操纵、仿水中生物推进、混合推进3类方式。在每类中选取典型案例并分析其推进方式的特点,归纳出各类推进方式的适用范围和应用前景。综合各种推进方式的利弊,指出柔性长鳍... 将当前国内外各种主要微小型水下机器人的推进方式分为舵桨联合操纵、仿水中生物推进、混合推进3类方式。在每类中选取典型案例并分析其推进方式的特点,归纳出各类推进方式的适用范围和应用前景。综合各种推进方式的利弊,指出柔性长鳍的波动推进方式以其低扰动、低速时稳定等特性,显示出广阔的应用前景。但柔性长鳍波动推进方式的在仿生结构上还有许多创新工作需要深入开展,以提高波动推进的效率,同时组合其它的推进方式,从而提高载体的推进能力。 展开更多

关键词 水下机器人 推进方式 柔性长鳍 波动推进

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“尼罗河魔鬼”柔性长鳍运动曲面建模与仿真 被引量：8

3

作者 谢海斌 沈林成 胡天江 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第5期62-66,94,共6页

以“尼罗河魔鬼”柔性长背鳍的波动运动为研究对象,综合考虑影响柔性长鳍运动建模的诸因素,建立了描述柔性长鳍波动运动时动态曲面的数学模型,并根据试验观测获得的仿生对象相关数据及对运动学模型中相关要素的简化假设,对仿生对象鱼体... 以“尼罗河魔鬼”柔性长背鳍的波动运动为研究对象,综合考虑影响柔性长鳍运动建模的诸因素,建立了描述柔性长鳍波动运动时动态曲面的数学模型,并根据试验观测获得的仿生对象相关数据及对运动学模型中相关要素的简化假设,对仿生对象鱼体及柔性长鳍动态曲面进行仿真计算,通过与试验观测获得的照片进行对比,表明建立的柔性长鳍运动曲面模型通过合理设置各种参数,能够较好地描述柔性长鳍的波动运动,具有较强的适应性和通用性。柔性长鳍运动学模型的建立为其动力学研究及其基于有限元方法的仿真计算奠定了数学基础。 展开更多

关键词 尼罗河魔鬼 柔性长鳍 运动曲面 建模 仿真

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柔性长鳍波动推进动力学分析 被引量：6

4

作者 谢海斌 沈林成 张代兵 《力学与实践》 CSCD 北大核心 2006年第4期14-19,共6页

以基于柔性长鳍波动推进的仿生水下机器人试验模型为背景,研究了“尼罗河魔鬼”柔性长鳍的波动推进动力学原理．首先基于鳍条正弦摆动的假设,建立了鳍面波动曲面模型,然后根据抗体理论的基本思想及修正后的流体假设分析了柔性长鳍波动... 以基于柔性长鳍波动推进的仿生水下机器人试验模型为背景,研究了“尼罗河魔鬼”柔性长鳍的波动推进动力学原理．首先基于鳍条正弦摆动的假设,建立了鳍面波动曲面模型,然后根据抗体理论的基本思想及修正后的流体假设分析了柔性长鳍波动的推力产生机理,并获得其动力学模型,最后通过仿真手段,得到了试验模型的仿生柔性长鳍鳍面波动引起的流体动力及力矩公式,为仿生水下机器人的动力学分析和控制系统设计提供了理论依据． 展开更多

关键词 柔性长鳍 波动推进 水下机器人 尼罗河魔鬼 动力学分析

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柔性长鳍仿生装置波动控制技术 被引量：4

5

作者 谢海斌 张代兵 沈林成 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期99-103,共5页

以“尼罗河魔鬼”柔性长鳍的波动运动为背景,主要研究了柔性长鳍仿生装置的波动控制技术。首先研究了柔性长鳍推进波产生原理及其技术实现方案;其次,针对仿生装置的实际系统建立了鳍面运动学模型,从中提取了能够实现柔性长鳍多种波动模... 以“尼罗河魔鬼”柔性长鳍的波动运动为背景,主要研究了柔性长鳍仿生装置的波动控制技术。首先研究了柔性长鳍推进波产生原理及其技术实现方案;其次,针对仿生装置的实际系统建立了鳍面运动学模型,从中提取了能够实现柔性长鳍多种波动模式的波动控制参数,并对柔性长鳍几种特定波动模式的实现方法进行了仿真研究;进一步,根据仿生装置的物理约束条件提出了控制参数的合法性判据;最后,研究了柔性长鳍仿生装置的波动控制策略及其控制流程。研究结果表明柔性长鳍仿生装置通过合理设置控制参数能够模拟仿生对象的多种波动运动模式,并实现推进波的多参数控制,能够满足柔性长鳍多种波动参数下的非定常流体动力学测试的需要。 展开更多

关键词 尼罗河魔鬼 柔性长鳍 仿生装置 波动控制 波动模式

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静水中长鳍扭波推进的水动力数值研究 被引量：4

6

作者 白亚强 张军 +1 位作者 丁恩宝 翟树成 《水动力学研究与进展（A辑）》 CSCD 北大核心 2016年第4期402-408,共7页

长鳍扭波推进是一种典型的鱼类游动方式,具有高效、低噪、机动灵活等一系列优点。该文以"尼罗河魔鬼"鱼为仿生研究对象,采用弹性光顺法和局部网格重划法的动网格技术对大摆幅的长鳍扭波推进运动流场进行了数值计算研究,鳍条... 长鳍扭波推进是一种典型的鱼类游动方式,具有高效、低噪、机动灵活等一系列优点。该文以"尼罗河魔鬼"鱼为仿生研究对象,采用弹性光顺法和局部网格重划法的动网格技术对大摆幅的长鳍扭波推进运动流场进行了数值计算研究,鳍条最大摆幅高达85°,对长鳍扭波推进在系泊状态下的水动力进行了研究,并与试验结果进行了比较验证。数值分析了鳍面压力分布及其随相位的变化,以及与推力产生的关联,并分析了长鳍扭波推力随扭波频率的变化,研究表明,系泊状态下,推力系数不随频率而改变。 展开更多

关键词 仿生推进 扭波推进 柔性长鳍 数值计算

原文传递

柔性长鳍仿生水下推进器测控系统的设计与实现 被引量：3

7

作者 张代兵 谢海斌 +1 位作者 林龙信 沈林成 《计算机测量与控制》 CSCD 2007年第2期205-207,共3页

针对新型柔性长鳍仿生推进器试验装置的控制节点多、实时性强、传感数据量大的要求,设计并实现了基于CAN总线的多层分布式测控系统;对测控系统的分层结构、硬件构成和软件设计进行了详细分析,上层进行推进器运动参数设定和状态信息采集... 针对新型柔性长鳍仿生推进器试验装置的控制节点多、实时性强、传感数据量大的要求,设计并实现了基于CAN总线的多层分布式测控系统;对测控系统的分层结构、硬件构成和软件设计进行了详细分析,上层进行推进器运动参数设定和状态信息采集,中层通过CAN总线对分布在推进器各个仿生关节的一组控制节点进行实时控制,底层每个仿生关节采用伺服电机和单片机构成相互独立的控制节点;该系统已经投入使用,试验过程表明,该系统具有数据采集速率高、控制实时性强、操作简便等特点,完全满足仿生推进器试验装置的测控需求。 展开更多

关键词 柔性长鳍 仿生 水下推进器 测控系统 CAN总线

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柔性长鳍波动推进仿生水下机器人控制系统设计与实现

8

作者 谢海斌 张代兵 沈林成 《微计算机信息》 北大核心 2006年第08Z期218-221,共4页

论文以基于柔性长鳍波动推进的仿生水下机器人试验模型为背景,主要研究其控制系统总体结构、硬件和软件的设计与实现问题。控制系统设计为主从结构,主从模块间通过CAN总线进行通讯。主控模块采用遥控与程控两种工作模式,并通过遥控指令... 论文以基于柔性长鳍波动推进的仿生水下机器人试验模型为背景,主要研究其控制系统总体结构、硬件和软件的设计与实现问题。控制系统设计为主从结构,主从模块间通过CAN总线进行通讯。主控模块采用遥控与程控两种工作模式,并通过遥控指令实现模式切换。试验模型的推进、俯仰与转向控制由仿生柔性长鳍、重心调节模块和2自由度“十”字形尾舵3个控制子模块实现,各控制子模块设计为闭环伺服控制系统。系统综合测试和试验模型航行试验结果表明,论文设计实现的控制系统主从模块间通讯顺畅,功能协调,性能可靠,实现了设计功能并达到了预期的目标。 展开更多

关键词 柔性长鳍 波动推进 仿生 水下机器人 控制系统 设计

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仿鱼鳍推进水下机器人流体动力测试系统 被引量：1

9

作者 谢海斌 沈林成 薛宏涛 《测试技术学报》 2006年第5期383-389,共7页

以基于仿生柔性长鳍波动推进的水下机器人试验模型为背景,主要研究如何构建满足多种水下机器人试验模型在各种姿态下流体动力/力矩的静态与动态测量要求的测试系统.文章首先提出流体动力测试系统的功能需求与设计准则,并按照模块化设计... 以基于仿生柔性长鳍波动推进的水下机器人试验模型为背景,主要研究如何构建满足多种水下机器人试验模型在各种姿态下流体动力/力矩的静态与动态测量要求的测试系统.文章首先提出流体动力测试系统的功能需求与设计准则,并按照模块化设计思想设计其体系结构,重点研究了6分力测量原理、传感器阵列配置结构以及测试流程,最后对整个系统进行了误差源分析.论文研究的测试系统具有6分力测量、2自由度运动导向以及载体运动参数测量等功能,是支撑柔性长鳍波动推进水下机器人研究的重要试验平台. 展开更多

关键词 柔性长鳍 波动推进 水下机器人 流体动力 测试系统

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柔性长鳍波动推进流体动力测试平台

10

作者 谢海斌 沈林成 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第6期924-928,共5页

为辅助研究鱼类MPF推进模式中的柔性长鳍波动推进动力学问题,论文研究了构建柔性长鳍波动推进流体动力测试平台的技术方案.论文首先根据功能需求确定了测试平台的总体结构,并着重讨论了作为受试模型的柔性长鳍仿生装置以及具有6分力与6... 为辅助研究鱼类MPF推进模式中的柔性长鳍波动推进动力学问题,论文研究了构建柔性长鳍波动推进流体动力测试平台的技术方案.论文首先根据功能需求确定了测试平台的总体结构,并着重讨论了作为受试模型的柔性长鳍仿生装置以及具有6分力与6自由度运动参数测量功能的流体动力测量系统的设计与实现.测试平台利用仿生装置模拟仿生对象多种波动运动模式,借助测量系统对受试模型的各种波动运动进行静态与动态流体动力/力矩测量,并通过测控系统对整个平台进行远程测控.论文研究的测试平台将为柔性长鳍波动推进机理及控制技术研究提供重要试验平台. 展开更多

关键词 柔性长鳍 波动推进 流体动力 测试平台 仿生装置

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仿生鱼鳍运动仿真分析及试验研究 被引量：23

11

作者 刘芳芳 杨灿军 +2 位作者 苏琦 王东海 张译中 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第19期24-29,共6页

仿生水下推进技术的研究日益受到科研工作者的青睐,尤其是仿生机器鱼的研究日益引起关注。在对柔性长鳍波动推进模型研究的基础上,提出一种尾鳍摆动与长鳍波动组合推进的模型,目的是为了提高已有柔性长鳍波动模型的推进性能。对柔性长... 仿生水下推进技术的研究日益受到科研工作者的青睐,尤其是仿生机器鱼的研究日益引起关注。在对柔性长鳍波动推进模型研究的基础上,提出一种尾鳍摆动与长鳍波动组合推进的模型,目的是为了提高已有柔性长鳍波动模型的推进性能。对柔性长鳍波动推进模型和组合推进模型进行介绍,着重利用计算流体动力学方法分别对刚性尾鳍摆动模型和柔性长鳍波动模型进行二维数值计算,并对仿真结果进行对比和分析,对模型进行简易流场显示试验,为进一步研究组合鳍的推进特性奠定了基础,同时便于和今后模型的试验数据进行对比分析。 展开更多

关键词 仿生鱼鳍 尾鳍 柔性长鳍 计算流体动力学 动网格

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仿生扭波推进模型航行试验研究 被引量：1

12

作者 蒋小勤 杜德锋 +1 位作者 李晓前 符颖 《海军工程大学学报》 CAS 北大核心 2013年第2期1-4,13,共5页

为研究长鳍扭波推进的水动力性能,在对尼罗河魔鬼鱼形体构造、游动模式研究的基础上,研制了一种仿生长鳍扭波推进航行器。该推进器能逼真地模仿尼罗河魔鬼鱼长背鳍的扭波运动模式,产生强劲的水动力。在水池中开展扭波推进模型航行试验,... 为研究长鳍扭波推进的水动力性能,在对尼罗河魔鬼鱼形体构造、游动模式研究的基础上,研制了一种仿生长鳍扭波推进航行器。该推进器能逼真地模仿尼罗河魔鬼鱼长背鳍的扭波运动模式,产生强劲的水动力。在水池中开展扭波推进模型航行试验,得到了航行速度与扭波频率的关系曲线。该曲线表明:扭波推进模型的航行速度与扭波频率成正比。提出了一种测量机器鱼鱼鳍推水功率的实验方法,实验结果表明:扭波长鳍的推水功率与扭波频率的3次方成正比。 展开更多

关键词 仿生学 柔性长鳍 扭波推进 鱼鳍推水功率

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“尼罗河魔鬼”长背鳍波动包络线的提取算法 被引量：6

13

作者 胡天江 李非 沈林成 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第5期67-72,共6页

“尼罗河魔鬼”采用长背鳍波动推进方式,属于典型的奇鳍/对鳍推进鱼类。在已有的理论模型中,细长体理论(Elongated-body theory)较为适合于分析该类游动方式的推进性能。长背鳍的波动包络线方程是细长体理论的必要参数。拍摄实验样本(MP... “尼罗河魔鬼”采用长背鳍波动推进方式,属于典型的奇鳍/对鳍推进鱼类。在已有的理论模型中,细长体理论(Elongated-body theory)较为适合于分析该类游动方式的推进性能。长背鳍的波动包络线方程是细长体理论的必要参数。拍摄实验样本(MPC-I)的自由游动视频,从中选取多组平稳运动图像序列,经旋转校正、零点配准、尺度归一、小波去噪等预处理后,提取了柔性长背鳍波动推进时的顶端边缘轮廓样本曲线簇,进而给出了波动包络曲线的多项式拟合方程。实验结果表明长背鳍波动包络线提取算法是有效的,根据算法所提取的长背鳍波动包络线方程为后续的推进力及推进效率的分析奠定了基础。 展开更多

关键词 尼罗河魔鬼 柔性长背鳍 波动包络线 多项式拟合方程 奇鳍 对鳍推进 水下仿生推进

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柔性长鳍扭波推进数学模型分析 被引量：2

14

作者 杜德锋 蒋小勤 《海军工程大学学报》 CAS 北大核心 2008年第1期1-6,共6页

以"尼罗河魔鬼"鱼的柔性长背鳍扭波推进模式为研究对象,通过观察活鱼的游动模式,提取影响扭波推进的运动学要素,建立了描述柔性长背鳍扭波推进时动态曲面的数学模型。研究了鳍条仰角与摆动规律对鳍面的影响。最后,用细长体理... 以"尼罗河魔鬼"鱼的柔性长背鳍扭波推进模式为研究对象,通过观察活鱼的游动模式,提取影响扭波推进的运动学要素,建立了描述柔性长背鳍扭波推进时动态曲面的数学模型。研究了鳍条仰角与摆动规律对鳍面的影响。最后,用细长体理论分析并计算出推力分布。研究表明,鳍条仰角在φ=85°的情况下所形成的鳍面与垂直鳍条所形成的鳍面相比,其最大偏离值与鳍长之比为1.7%,可以用垂直于基线的鳍条制作模型;鳍条按正弦规律摆动时所形成的扭波波形鳍面与实鱼鳍面相似。 展开更多

关键词 柔性长背鳍 扭波推进 动态曲面 数学建模 细长体理论

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背鳍扭波推进运动的附加转动惯量 被引量：1

15

作者 杜德锋 蒋小勤 周骏 《海军工程大学学报》 CAS 北大核心 2011年第2期12-17,共6页

由于背鳍扭波推进运动方式不同于鳗鲡模式鱼体横波运动,细长体理论不能直接运用于尼罗河魔鬼鱼(GNF)的长背鳍扭波推进水动力性能的计算。为此,建立了计算鳍面与流体相互作用力的附加质量方法和附加转动惯量方法。对于背鳍扭波鳍条的摆... 由于背鳍扭波推进运动方式不同于鳗鲡模式鱼体横波运动,细长体理论不能直接运用于尼罗河魔鬼鱼(GNF)的长背鳍扭波推进水动力性能的计算。为此,建立了计算鳍面与流体相互作用力的附加质量方法和附加转动惯量方法。对于背鳍扭波鳍条的摆动方式,首先提出计算附加质量的分离泡模型;其次,用偏心率e接近1的扁椭圆柱代替鳍条,运用势流理论计算了鳍条的附加转动惯量。两种方法给出的单位面积鳍面的附加质量函数形式相同。对于扭波推进运动的水动力性能,则用大摆幅理论结合数值积分方法来研究,结果表明:推力呈周期性变化,其变化频率为鳍条摆动频率的2倍;侧向力和升力周期平均值为0。 展开更多

关键词 柔性长背鳍 扭波推进 附加转动惯量 附加质量

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