柔性长鳍仿生水下推进器测控系统的设计与实现

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。

一种博弈机器人的研制

研制成功了一种可以完成下棋全过程的博弈机器人。该机器人采用摄像头获取棋盘图像,经过图像辨识处理后识别出棋盘的实时状态,再调用博弈算法计算下子位置,控制机械手完成取子、移子、放子等动作。

一种低功耗设备的无线感应供电技术

介绍了一种无缆线联接、依靠电磁场耦合感应的新型供电技术。并对其工作原理和关键技术进行了分析、设计并制作了简易原理装置。实验数据表明,该无线感应供电方式在一定距离范围内具有良好的能量传输特性,并适用于低功耗设备。

一种新型人工神经元振荡器的设计与应用

提出一种包含两个神经元和简单连接关系的新型人工神经元振荡器.分析了振荡器的动力学特性,指出振荡的收敛速度、幅度和频率分别由动力学方程中的三个参数独立控制.采用该振荡器设计了鱼形机器人的仿生神经网络控制系统.实验表明该系统能够对起动、停止、直线巡游等动作进行良好控制,实现了仿生机器人对动物从"形似"到"神似"的进步.

一种基于Allan方差方法的激光陀螺性能评价方法

Allan方差分析方法是一种在时域上对频率稳定性进行分析的通用方法,它可以有效分离各种误差的相互影响,辨识出各项误差系数,国内外广泛采用该方法对激光陀螺进行分析。该文讨论了一种简便的激光陀螺性能评价方法,并对某国产激光陀螺的输出数据进行分析,实验结果表明,国产激光陀螺在采用倍频电路后量化噪声大大减小,不但提高了对各误差系数的估计精度,同时需要的数据量也大大减少。

一种新型水下电磁发射装置的设计

提出了一种新型水下电磁发射装置,包括飞轮储能系统、电磁耦合器、螺旋机构和发射机构四部分。采用电磁耦合器替代超大脉冲电源与直线电机,实现了飞轮转动机械能到发射目标直线运动机械能的直接转换,因此能量利用效率更高。与现有装置相比,它具有结构简单、成本低、效率高、噪音小、使用次数不限等特点。

融合地面多传感器信息引导无人机着陆

针对无人机自主着陆过程中卫星导航系统易被干扰的问题,提出了一种基于地基多传感器融合的无人机自主着陆引导方法。采用主动式激光照射的方式,获取机载反射棱镜的近红外成像,在红外图像中对无人机目标进行识别;通过坐标转换将识别结果映射到可见光图像中,在可见光图像中选择的感兴趣区域进行可见光目标识别,从而在降低计算量的基础上获得更加精确的无人机相对角度信息;利用距离测量信息和引导系统角度信息可以获得精确的无人机相对位置。无人机着陆引导试验结果表明,该方法能够提供精确的无人机位置信息,能有效适应于复杂背景下的无人机自主着陆引导。

积极引导军校学员参加“挑战杯”竞赛提升科技创新实践能力

工科研究生人才培养的核心目标之一是提升学生的创新实践能力,指导学员参加"挑战杯"大学生课外学术科技竞赛是一种行之有效的途径。军队院校应从思想观念、组织管理、制度措施上推动学员参与"挑战杯",围绕"挑战杯"各级竞赛举办校级科技竞赛,为全体学员提供锻炼课外科技创新实践能力的良好平台。军校教员要从创新团队组建、课题选择、分工协作、成果提炼、宣传包装上对参赛学员进行细致深入的指导。

新型致动器在仿鱼机器人中的应用

致动器是决定仿鱼机器人运动性能的关键部件。本文介绍了离子电动聚合物、形状记忆合金、压电体、气动人工肌肉和动物活体肌肉等各种新型致动器在仿鱼机器人中的应用情况,对它们的性能进行了比较分析。

一种微型机器人局域网(RAN)的设计

微型机器人系统中的各种模块之间需要进行分布实时的通信,传统的网络设计方法无法满足其严格的空间、成本等要求。基于控制器局域网(CAN)设计了一种机器人局域网(RAN),可以将各种模块封装成网络节点。通过对标识符进行合理分配,实现了系统中各个模块之间网络互联,各个模块不同等级的实时性要求也得到满足。

基于MATLAB/SIMULINK与FLUENT的协同仿真方法研究

以水下机器人的动态行为仿真为背景,针对单一环境下仿真水下机器人动态行为和流体动力学问题存在的局限性,提出了基于MATLAB/Simulink与FLUENT协同仿真的解决方案。首先介绍了MATLAB/Simulink与FLUENT的运行机制,分析了两个仿真环境实现协同仿真的技术可行性并提出了三种可行的接口方式。以此为基础,重点研究了FLUENT中嵌入MATLAB/Simulink与MATLAB/Simulink中嵌入FLUENT两种嵌入式协同仿真方式以及并行协同仿真方式的基本思想和具体实现方法。此协同仿真方法不仅对于研究流体环境中物体运动与流体动力紧密耦合的问题提供了有效手段,也为研究其它与流体紧密耦合的物理现象提供了解决思路。

一种新型的胸鳍摆动模式推进机器鱼设计与实现

首先研究了牛鼻鲼的形态学特点,对牛鼻鲼的运动学特性进行了观测,并进行了运动学建模;然后基于"结构相似"的原理,研制出一种新型的胸鳍摆动模式推进机器鱼——"牛鼻鲼—Ⅰ".该机器鱼被设计成扁平形,由主体和胸鳍两部分组成,无尾鞭,主体为刚性,三角形胸鳍为弹性.整个机器鱼总质量为1 kg,弦长300 mm,最大展宽为500 mm.机器鱼通过8个左右对称的伺服电机按照一定的相位差驱动刚性鳍条,在胸鳍上实现了0.4个波长的正弦推进波.在水箱实验中,当左右胸鳍同向运动时,机器鱼达到了0.13 m/s的前进速度和0.15 m/s的后退速度;当左右胸鳍反向运动时,机器鱼在约8 s内完成了原地360°转弯,表现出优良的机动性.

基于柔性长鳍波动推进的仿生水下机器人设计与实现

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.

基于LADRC的无人机高精度定高控制

针对复杂气流扰动对无人机(UAV)航迹高度控制的影响,对存在复杂气流扰动下的定高控制策略、控制结构和控制器参数优化展开研究,实现高精度高度控制。基于线性自抗扰控制(LADRC)确定总体控制架构,设计扩张状态观测器(ESO)观测估计纵向高度通道和速度通道中存在的总扰动,在控制中引入扰动补偿,减小扰动对系统输出造成的影响。对UAV在飞行过程中存在的大气紊流扰动或离散突风等风干扰分析其功率谱密度,构造考虑风扰动对高度影响、时域响应特性和稳定裕度的综合目标函数,通过粒子群优化算法得到具有高精度、高抗干扰性能的控制器参数,优化中考虑风干扰的功率谱密度分布,减小了控制器参数设计的保守性。通过与常规比例-积分-微分(PID)控制器控制效果进行对比,说明基于线性自抗扰控制器的纵向高度控制的优异性能。

水下仿生推进器阀控液压摆动关节建模与动态特性分析

采用液压驱动的模拟鱼柔性长背鳍波动运动的水下仿生推进器,当改变液压系统的流量和阀的控制参数时,其运动学参数能够迅速地做相应调整,实现平稳、流畅、连续的仿生运动。建立了阀控液压摆动关节的动力学模型,根据动力学模型得到系统传递函数,并绘制了Bode图。根据传递函数分析了阀控液压摆动关节的稳定特性、动态位置刚度特性和动态响应特性。结果表明阀控液压摆动关节具有一定的自稳定性,其工作频率与影响位置刚度的负载变化频率重叠,动态响应速度可以通过优化结构参数来调整。

无人机跟踪地面非合作目标的分段引导与控制方法

针对固定翼无人机跟踪地面非合作目标问题,设计了一种产生期望航向角的分段引导律和无人机转向控制律.建立了问题的求解模型,分析了无人机跟踪地面非合作目标的两种情形:避免暴露和最小化暴露时间.证明了设计的引导律和控制律可以在安全状态下控制无人机避免暴露,在暴露状态下控制无人机最小化暴露时间.理论分析和仿真实验结果表明,设计的引导律和控制律能够控制无人机有效的跟踪地面非合作目标.

DIS中的坐标系统及坐标转换

近几年来，国内正在蓬勃开展对ＤＩＳ的研究，然而对ＤＩＳ坐标系统及其转换的研究还不多见。ＤＩＳ采用地心空间直角坐标系（Ｇｅｏｃｅｎｔｒｉｃ）作为世界坐标系，而现有的大多数仿真器都采用拓扑中心坐标系（Ｔｏｐｏｃｅｎｔｒｉｃ）或大地坐标系（Ｇｅｏｄｅｔｉｃ）等坐标系作为世界坐标系。文中旨在介绍ＤＩＳ标准坐标系及其它几种相关坐标系，并在不同坐标系之间建立了坐标转换关系，同时讨论了不同坐标系中姿态的不同表示方法。算法已应用到我们开发研制的网络接口部件ＮＩＵ中。

不同水下仿生推进器性能影响的比较

各种模拟鱼类游动的水下仿生推进器,较传统的螺旋桨推进器有着低噪音、低扰动、高效率等突出优点。决定仿生推进器各个性能的重要因素之一,就是仿生推进器内部运动和动力的传动方式。比较分析了采用功能材料驱动、摆动舵机直接驱动、旋转伺服电机加运动变换机构驱动、液压传动等不同传动方式下仿生推进器的结构特点、运动自由度、推进性能,以及适应负载变化的特性,最后指出液压传动是一种综合性能较好的传动方式。液压传动的仿生推进器初步试验表明,该传动方式的结构简单紧凑、驱动能力强、可移植性好、具有优良的动力特性,有着广阔的应用前景和研究价值。

微小型水下机器人推进方式的比较研究

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。

仿生波动鳍的试验研究

波动鳍是某些MPF鱼类的重要推进器,它通过在水中的波动来产生推进和机动所需的操控力和操控力矩.通过观察可知,波动鳍具有非常优秀的低速稳定和机动性能,可作为传统水下推进器的一种有益补充.该文从波动鳍的推进机理出发,设计了一种仿生波动鳍试验装置,该装置采用"鳍条-柔性蹼"结构,由9根鳍条组成,且每根鳍条均由一个舵机进行独立控制.针对载体推进速度与仿生波动鳍的波频、波幅、波长和波传播方向的关系开展了水池试验研究.试验结果表明,通过对仿生波动鳍的波动进行控制,能够使载体实现灵活的正逆向推进,且不同的波动参数对推进速度和推进效率有较大影响.