水下无人集群仿生人工侧线探测技术研究进展 被引量：7

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作者 胡桥 刘钰 +1 位作者 赵振轶 朱子才 《水下无人系统学报》 北大核心 2019年第2期114-122,共9页

水下探测是实施海洋任务的先决条件和技术保障,也是近年来水下无人集群研究方向的技术难点和科研热点。然而,现有的声学和光学探测系统由于易受水下环境干扰因素影响,使其难以为水下无人集群提供精确的近场感知信息,也成为制约水下无人... 水下探测是实施海洋任务的先决条件和技术保障,也是近年来水下无人集群研究方向的技术难点和科研热点。然而,现有的声学和光学探测系统由于易受水下环境干扰因素影响,使其难以为水下无人集群提供精确的近场感知信息,也成为制约水下无人集群发展的技术瓶颈,因此探索水下新型探测技术十分必要。文中阐述了水下无人集群探测的特点与难点,从仿生人工侧线(ALL)阵列和信号处理两方面,综述和分析了水下无人集群仿生人工侧线探测技术的国内外研究进展,指出当前研究中存在的关键问题,包括人工侧线的感知原理、布局、微工艺,以及人工智能算法的应用,讨论了解决这些关键问题的途径。 展开更多

关键词 水下无人集群 仿生探测 人工侧线 信号处理

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柔性运动侧线感知水下动态目标的耦合水动力场特性研究

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作者 谢鸥 孙兆光 +1 位作者 沈灿 葛飞飞 《探测与控制学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期131-137,共7页

为实现柔性运动侧线感知水下动态目标,研究了仿鱼人工侧线与水下运动目标耦合形成的水动力场特性。采用计算流体动力学方法建立仿生机器鱼原地摆动感知目标偶极子源的耦合求解模型,仿真分析偶极子源位置、直径、振动方向和频率对耦合水... 为实现柔性运动侧线感知水下动态目标,研究了仿鱼人工侧线与水下运动目标耦合形成的水动力场特性。采用计算流体动力学方法建立仿生机器鱼原地摆动感知目标偶极子源的耦合求解模型,仿真分析偶极子源位置、直径、振动方向和频率对耦合水动力场的影响关系。建立仿生机器鱼自主推进感知目标偶极子源的仿真模型,研究不同振动频率偶极子源的感知定位特性。结果表明:仿生机器鱼原地摆动时压力传感器阵列采集的压力值与距离成反比,与偶极子源直径、最大振幅以及振动频率成正比;仿生机器鱼自主推进时,可通过压力信号的频谱图预测偶极子源振动频率和位置。 展开更多

关键词 柔性运动 人工侧线 偶极子源 耦合水动力场

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基于人工侧线的相邻仿生机器鱼感知研究 被引量：4

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作者 张兴兴 王伟 +1 位作者 陈世明 谢广明 《测控技术》 CSCD 2016年第10期33-37,共5页

侧线系统是鱼类重要的感知器官,鱼类可以通过侧线器官实现对周围环境的感知,从而进行捕食、避敌以及一些群体行为。鱼类尾鳍摆动时会形成反卡门涡街,研究反卡门涡街对于仿生机器人的位姿和运动状态感知具有重要意义。以仿生机器鱼为平... 侧线系统是鱼类重要的感知器官,鱼类可以通过侧线器官实现对周围环境的感知,从而进行捕食、避敌以及一些群体行为。鱼类尾鳍摆动时会形成反卡门涡街,研究反卡门涡街对于仿生机器人的位姿和运动状态感知具有重要意义。以仿生机器鱼为平台、以侧线系统为依据,在机器鱼上实现人工侧线系统,当前方不同相对横向位置处机器鱼尾鳍摆动时,利用人工侧线实现对尾鳍摆动产生的反卡门涡街进行信息感知,从而间接识别机器鱼的相对横向位置,为群体机器鱼的相互感知提供了新思路。 展开更多

关键词 仿生机器鱼 侧线系统 人工侧线 反卡门涡街

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机器鱼近壁面波动推进的体表压强特性研究 被引量：2

4

作者 谢鸥 宋爱国 朱其新 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期870-877,共8页

为适应水下黑暗非结构作业环境,研究了仿生机器鱼近壁面波动推进的体表压强分布特性。理论分析了人工侧线法估计壁面效应和流场参数的可行性,建立了仿生机器鱼近壁面柔性波动推进的体表压强计算流体动力学耦合求解模型,提出了一种体表... 为适应水下黑暗非结构作业环境,研究了仿生机器鱼近壁面波动推进的体表压强分布特性。理论分析了人工侧线法估计壁面效应和流场参数的可行性,建立了仿生机器鱼近壁面柔性波动推进的体表压强计算流体动力学耦合求解模型,提出了一种体表压强数据提取与处理方法,分析了靠壁距离、来流速度以及斯特劳哈尔数对仿生机器鱼体表压强分布的影响关系。结果表明:仿生机器鱼体表压强分布能够表征壁面效应和流场速度的变化,为水下非结构环境下的流场识别与参数预测提供了依据。 展开更多

关键词 仿生机器鱼 人工侧线 计算流体动力学 壁面效应 体表压强分布

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基于EMD与SVM的仿生机器鱼人工侧线智能探测方法 被引量：2

5

作者 刘钰 胡桥 +1 位作者 赵振轶 魏昶 《水下无人系统学报》 北大核心 2019年第2期174-180,共7页

针对水下声学感知与信息交互系统常常受到混响或多途效应干扰,而光学传感也容易受到水质浑浊等环境制约的现状,为了解决仿生机器鱼在复杂水下环境干扰下的目标精确探测问题,文中提出一种基于仿生人工侧线(ALL)的水下运动目标智能探测方... 针对水下声学感知与信息交互系统常常受到混响或多途效应干扰,而光学传感也容易受到水质浑浊等环境制约的现状,为了解决仿生机器鱼在复杂水下环境干扰下的目标精确探测问题,文中提出一种基于仿生人工侧线(ALL)的水下运动目标智能探测方法。首先,通过经验模式分解(EMD)将ALL系统接收到的原始信号分解为不同的本征模态函数(IMFs),从而将有用信号与干扰进行分离;然后,在水中放置不同频率的振动物体模拟不同鱼类,通过IMFs中的特征频率进行水下运动目标的识别;最后,将IMFs的能量值频谱信息作为支持向量机(SVMs)的输入,从而智能识别水下运动物体的方位。将这一探测方法与ALL结合并进行水池实验验证,结果表明,文中所提出的方法相比于传统的如快速傅里叶变换(FFT)和神经网络等方法具有更好的探测性能。 展开更多

关键词 仿生机器鱼 人工侧线 经验模式分解 支持向量机 智能探测

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新型MEMS流量传感器的设计与制作 被引量：2

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作者 许奎伟 李经民 +2 位作者 李名扬 丁来钱 郭利华 《机电技术》 2020年第5期18-21,共4页

根据鱼类机械侧线感知系统,设计了一种基于压电效应的新型MEMS流量传感器;利用分析软件进行流-固耦合仿真,优化了纤毛的关键尺寸和分布方式;利用微纳加工工艺制作了流量传感器的样机,并对传感器样机进行了初步测试。该微型MEMS传感器的... 根据鱼类机械侧线感知系统,设计了一种基于压电效应的新型MEMS流量传感器;利用分析软件进行流-固耦合仿真,优化了纤毛的关键尺寸和分布方式;利用微纳加工工艺制作了流量传感器的样机,并对传感器样机进行了初步测试。该微型MEMS传感器的可以实现微流体的流速测定,在水下机器人、生物医学和微流体设备的检测等领域,具有广阔的应用前景。 展开更多

关键词 人工侧线 流体感知 压电效应 MEMS传感器

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仿生机器鱼近壁面流场识别的人工侧线方法 被引量：2

7

作者 谢鸥 宋爱国 +2 位作者 苗静 孙兆光 沈晔湖 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期164-170,共7页

针对仿生机器鱼目标近距离作业时的环境识别难题,提出一种基于人工侧线(ALL)的近壁面流场识别方法。理论分析了ALL感知近壁面流场环境的可行性,建立了ALL虚拟压力传感器阵列并采用计算流体动力学(CFD)方法计算并提取了不同参数条件下(... 针对仿生机器鱼目标近距离作业时的环境识别难题,提出一种基于人工侧线(ALL)的近壁面流场识别方法。理论分析了ALL感知近壁面流场环境的可行性,建立了ALL虚拟压力传感器阵列并采用计算流体动力学(CFD)方法计算并提取了不同参数条件下(来流速度v,靠壁距离d和游动频率f)仿生机器鱼的体表压力数据,建立了基于多层前馈神经网络的来流速度和靠壁距离预测回归模型,并对模型结构和数据特征进行了优化。结果表明:壁面效应将引起鱼体周围流场结构的非对称分布,鱼体头部和尾部的侧线传感器对流场参数的辨识度高,消除弱相关的特征对来流速度和靠壁距离预测指标的影响小且有利于降低预测模型的复杂度。研究结果能够为水下机器人环境识别的信息提取及处理提供理论方法。 展开更多

关键词 仿生机器鱼 人工侧线 神经网络 壁面 流场识别

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基于人工侧线的履带装备水阻力计算方法

8

作者 吴家雄 申焱华 +1 位作者 杨舒迪 冯志鹏 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期1135-1141,共7页

针对水下装备的水阻力无法实时测量的问题,提出了一种基于人工侧线的履带装备水阻力计算方法。通过履带装备模型的人工侧线系统,提取不同来流速度和来流角度的传感器压力值,应用压力值的分布规律对履带装备模型的局部流场信息进行感知... 针对水下装备的水阻力无法实时测量的问题,提出了一种基于人工侧线的履带装备水阻力计算方法。通过履带装备模型的人工侧线系统,提取不同来流速度和来流角度的传感器压力值,应用压力值的分布规律对履带装备模型的局部流场信息进行感知。通过履带装备模型水阻力拘束实验结合计算流体动力学(CFD)仿真的方式对水阻力系数进行辨识,建立履带装备模型的迎流面外形与黏性水阻力系数的函数关系。将人工侧线的流场感知结果作为输入,实时计算履带装备模型的水阻力。履带装备模型的人工侧线和水动力验证结果表明,人工侧线的压力分布特性可以有效地识别流场的来流速度和来流角度,履带装备模型的水阻力计算误差在工程应用可接受范围内。 展开更多

关键词 水下履带装备 人工侧线 流场识别 黏性水阻力

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鱼类的侧线机械感受系统和仿生学等应用研究 被引量：5

9

作者 李超 王晓杰 宋佳坤 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第22期2509-2519,共11页

鱼类和水生两栖类(或幼体),具有特殊的侧线机械感受系统,以感受和分析周围水流微小的时空动态变异,提供鱼体即时的位向和环境水动态信息,助其判断水流属性,完成摄食、避敌、生殖、集群、导航和通讯等复杂行为.侧线机械感受的外周感觉器... 鱼类和水生两栖类(或幼体),具有特殊的侧线机械感受系统,以感受和分析周围水流微小的时空动态变异,提供鱼体即时的位向和环境水动态信息,助其判断水流属性,完成摄食、避敌、生殖、集群、导航和通讯等复杂行为.侧线机械感受的外周感觉器官主要为两类"神经丘":感受流体加速度(或压力差)和平行于体轴的流向信息,一般是位于体表侧线管道中的"管道神经丘";感受流体速度和垂直于体轴的流向信息,位于鱼体表面的"表面神经丘".两者都由感觉毛细胞和包裹的胶质顶组成.当接触流体的振动波时,胶质顶带动其内部的纤毛束发生定向摆动和偏转,打开毛细胞膜的离子通道,改变细胞的内外电位差,将流体机械信息转换成神经电信号传入.两类神经丘的大小、形状和排列方位(互成90°)不同,并由各自的神经支配.神经丘数目繁多,以特定的模式遍布鱼表,全方位地收集各部位不同瞬间的水动力变化信息,并由专一的侧线传入神经分支至中枢神经各级侧线中心,系统地综合分析.侧线感受器结构的精致程度和侧线系统在鱼体分布空间模式的复杂性,是依鱼的种类(系统进化地位)、水流生境及特殊行为等多方面需求形成.该系统已吸引了科学家近百年的研究,在物种间表观形态和生态行为多样性等,尤其是功能形态和神经电生理学方面,颇有进展.近年来,运用数学、物理、计算科学和纳米技术等多学科交叉研究,正起步开拓其仿生学应用.为进一步推动对侧线生物学和水动力机械感受器模式及其智能仿生学交叉研究领域的发展,本文以鱼类侧线研究的新发现和认识为基础,结合近年来有关侧线系统的研究文献,对侧线机械感受器的结构机理、发育模式、神经功能特性以及仿生学研究的进展与展望等方面进行综述. 展开更多

关键词 侧线系统 机械感受器 神经丘 人工侧线系统 智能仿生

原文传递

水下仿生侧线感知研究进展 被引量：2

10

作者 翟宇凡 熊明磊 +1 位作者 王晨 谢广明 《水下无人系统学报》 2023年第1期50-67,共18页

侧线是鱼类针对水下环境特有的感知器官,能够帮助鱼类感知周围水环境信息。受此启发,设计研制人工侧线系统并应用于水下机器人,已成为水下无人系统研究的热点之一,受到国内外学者广泛关注。论文概述水下仿生侧线感知的相关研究进展,从... 侧线是鱼类针对水下环境特有的感知器官,能够帮助鱼类感知周围水环境信息。受此启发,设计研制人工侧线系统并应用于水下机器人,已成为水下无人系统研究的热点之一,受到国内外学者广泛关注。论文概述水下仿生侧线感知的相关研究进展,从仿生原理、结构设计、感知功能等角度,系统地介绍仿生侧线感知的国内外发展现状,具体介绍了作者团队基于仿箱鲀机器鱼以及仿生侧线系统开展的运动状态估计、姿态保持控制、邻近感知等研究工作。通过对现有研究的分析与总结,进一步提出了水下仿生侧线感知领域未来的发展方向:传感器阵列设计优化、自然环境下的流场感知、避障行为与集群行为的实现等。 展开更多

关键词 仿生机器鱼 人工侧线系统 水下感知 水下机器人

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基于人工侧线系统的机器鱼游动模态感知研究 被引量：2

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作者 李渊 王伟 +1 位作者 罗文广 谢广明 《兵工自动化》 2015年第5期88-92,共5页

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... 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。 展开更多

关键词 人工侧线系统 机器鱼 游动模态感知

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基于人工侧线系统的动载体流场感知 被引量：2

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作者 刘贵杰 王蒙蒙 杨亭亭 《兵工自动化》 2020年第5期1-6,共6页

为增强水下航行器的导航和感知能力,通过模拟鱼类侧线在水下航行器中搭建人工侧线系统。介绍鱼类侧线的功能和人工侧线的国内外研究现状,分析侧线管神经丘的生物模型以及BP神经网络算法的原理;将实验和数值模拟方法相结合,分别收集水下... 为增强水下航行器的导航和感知能力,通过模拟鱼类侧线在水下航行器中搭建人工侧线系统。介绍鱼类侧线的功能和人工侧线的国内外研究现状,分析侧线管神经丘的生物模型以及BP神经网络算法的原理;将实验和数值模拟方法相结合,分别收集水下航行器在不同流场环境下的静压数据;通过神经网络算法对流场的流速以及来流角度进行识别。结果表明:BP神经网络算法可有效识别流场参数,识别率达到95%以上。 展开更多

关键词 人工侧线系统 流速 来流方向 数值模拟 BP神经网络算法

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机器人装上龟的侧线

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作者 徐双华 《航海》 2003年第2期44-44,共1页

美国研究员渥伦·伍德领导的科研小组,在对加拿大温哥华沿岸太平洋海底水合物的结构用声学方法(即用声波对准水合物层听取回声后),研究发现,这一地区海底水合物已经出现直径达100米的大孔洞,这些孔洞布满了海底。

关键词 机器人 人工侧线 传感器 龟

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