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基于柔性传感器的仿生机械手控制综合实验设计 被引量：2
1
作者 杨云 张潇洋 +2 位作者 蔡婷婷 张宏伟 李辉 《机电工程技术》 2025年第9期110-114,137,共6页
针对传统机电一体化实验教学中存在的前沿技术转化滞后、学生复杂工程问题解决能力薄弱等问题,通过将柔性摩擦电传感器、仿生机械手控制系统等最新研究成果引入机电一体化系统课程实践环节,构建了“基于柔性传感器的仿生机械手控制”综... 针对传统机电一体化实验教学中存在的前沿技术转化滞后、学生复杂工程问题解决能力薄弱等问题,通过将柔性摩擦电传感器、仿生机械手控制系统等最新研究成果引入机电一体化系统课程实践环节,构建了“基于柔性传感器的仿生机械手控制”综合性实验项目。该项目具有“传感器制备-电路开发-系统集成-测试优化”四阶式框架。采用熔融层积型3D打印技术制备了柔性拱形摩擦电传感器。集成Arduino微控制器、HC-08蓝牙通信模块、LM2596电源模块、锂电池搭建摩擦电传感器信号采集与传输单元。结合有限脉冲响应滤波器和脉冲宽度调制算法实现电压-角度转换,完成手势识别手套与机械手的系统集成。实验测试表明,柔性传感器在手指弯曲20°、80°、120°时分别输出0.6、1.2、2.25 V特征电压,系统响应时间为1.25 ms,50 m通信距离下机械手动作执行正确率达100%。结合O-PIRTAS教学模式实现科研与实践教学环节有机融合,为培养学生创新思维、综合实践能力与解决复杂工程问题的能力提供了新的实施范例。 展开更多
关键词 柔性传感器 仿生机械手 同步控制 综合实验 O-PIRTAS
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基于MPC的仿生尺蠖机器人运动控制
2
作者 杜巧玲 薛成泽 郑伟 《沈阳工业大学学报》 北大核心 2025年第1期124-129,共6页
【目的】随着科技的日新月异,人们的生活环境也在发生着巨大的变化。工业化的聚集以及人口密度的增加促使建筑不断向上增高或向下延伸,出现了很多人们不方便到达或是无法到达的地方,但这些地方机器人却可以到达。目前机器人最热门的研... 【目的】随着科技的日新月异,人们的生活环境也在发生着巨大的变化。工业化的聚集以及人口密度的增加促使建筑不断向上增高或向下延伸,出现了很多人们不方便到达或是无法到达的地方,但这些地方机器人却可以到达。目前机器人最热门的研究方向之一是非常规结构机器人,通过精简自身的冗余结构以及体积,增加对应的功能结构,使机器人可以在不适宜人们工作的地方代替人们进行相应的工作。【方法】研制了一款适合攀爬的仿尺蠖机器人。针对优化尺蠖机器人在运动过程中的步态问题,提出了基于模型预测控制(MPC)的仿生吸盘式尺蠖机器人运动控制方法。根据章鱼的吸盘结构设计了仿章鱼负压式吸盘以及吸盘控制模型,利用气压传感器反馈的数据实现闭环控制;基于MPC仿生吸盘控制器提出了基于模型预测仿生吸盘控制的仿尺蠖机器人运动步态。【结果】机器人仿真实验和测试结果表明,基于MPC仿生吸盘控制器(MPC-BSC)在吸盘气压优化上相较PID控制有明显优势,MPC-BSC仿尺蠖机器人可以在水平和竖直的瓷砖平面完成“Ω”型运动步态。本文的主要研究结果如下:设计了仿章鱼负压式吸盘,并提出了吸盘控制模型。在负压控制下,可以调整吸盘的吸附压力以满足躯干结构运动对吸附力的需求。提出了基于MPC的仿生吸盘控制算法,该算法通过调节真空泵流速进而实现对吸盘吸附力的调节。设计了仿生吸盘式尺蠖机器人,其躯干结构安装了4个纵向伺服电机和2个横向伺服电机,可以实现“Ω”型运动步态和转向步态。提出了MPC-BSC的运动步态规划,实现“Ω”型运动步态和转向步态。实验测试了仿生吸盘的性能,验证边缘结构对仿生吸盘吸附力的作用。【结论】通过仿真实验测试了基于MPC的仿生吸盘控制算法的可行性,实验验证了仿尺蠖机器人可以在不同倾角、不同材质的平面上实现“Ω”型步态和转向步态。本文研制的仿生吸盘结构为机器人的吸附功能拓展了应用场景,降低了吸附功能的复杂性;提出的“Ω”型运动步态对异形机器人的运动具有很好的参考价值,使其能够在复杂地形下进行简单高效的运动。 展开更多
关键词 仿生吸盘 仿生尺蠖 机器人 运动规划 机械设计 电机控制 嵌入式系统 姿态控制
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扑翼飞行器的变幅飞行策略的设计与实现
3
作者 张良 何修宇 +1 位作者 王者奇 贺威 《机器人》 北大核心 2025年第1期76-84,共9页
自然界的鸟类在面对不断变化的气流条件时,会主动调整翅膀的扑动幅度来提升飞行效率。本文模仿这一行为(变幅飞行)设计了扑翼飞行器,并提出了一种基于电机闭环控制的变幅飞行策略。首先考虑电机的动力学模型以及翅膀运动的动态特性,建... 自然界的鸟类在面对不断变化的气流条件时,会主动调整翅膀的扑动幅度来提升飞行效率。本文模仿这一行为(变幅飞行)设计了扑翼飞行器,并提出了一种基于电机闭环控制的变幅飞行策略。首先考虑电机的动力学模型以及翅膀运动的动态特性,建立翅膀扑动角度的闭环模型,设计控制器实现对翅膀扑动角度的精确控制。在此基础上,设计了包含滑翔飞行功能的变幅飞行策略,并通过数值仿真验证了策略的有效性。给出了一种适用于多种中大型扑翼飞行机器人的解决方案实现变幅飞行策略的实际应用,该方案以仿猎鹰扑翼飞行器作为基础平台,添加了采集翅膀扑动角度的传感器以及用于运行变幅飞行控制算法的Falcon 2.0飞控板。改进后平台总质量增加不到30 g。地面实验结果显示,翅膀可以在0.2 s内达到滑翔指定角度,也可以进行扑频在1~4 Hz的变幅飞行;地面转台实验表明该策略可以进一步提升气流利用效率,升力较传统周期扑动方式提升了14.7%。飞行试验表明,飞行器能够在0.5 s内实现稳定滑翔,也可进行频率2~3 Hz的变幅飞行,充分验证了所提出的变幅飞行策略的有效性。本文设计的变幅飞行策略提升了扑翼飞行器翅膀扑动的自由度,为扑翼飞行器的性能优化和实际应用提供了有效的解决方案。 展开更多
关键词 仿生扑翼飞行器 滑翔飞行 变幅飞行 电机控制
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多向弯曲气体检测软体机器人设计 被引量：2
4
作者 关峰 赵鲁宁 +2 位作者 黄成杰 熊佳伟 刘春宝 《液压与气动》 北大核心 2025年第1期132-138,共7页
提出了一种基于仿生设计的软体气动驱动器,模仿象鼻的肌肉纤维结构,由柔性折叠结构、气动人工肌肉和刚性连接组成。该驱动器在两种驱动模式下可实现8个方向的弯曲,具有高弯曲刚度和灵活性。实验表明,当工作压力为120 kPa时,驱动器可在1 ... 提出了一种基于仿生设计的软体气动驱动器,模仿象鼻的肌肉纤维结构,由柔性折叠结构、气动人工肌肉和刚性连接组成。该驱动器在两种驱动模式下可实现8个方向的弯曲,具有高弯曲刚度和灵活性。实验表明,当工作压力为120 kPa时,驱动器可在1 s内产生42°的弯曲变形。建立了气动人工肌肉和柔性折叠结构的弯曲变形数学模型,并通过实验验证了驱动器的性能。将此驱动器应用于气体检测机器人,并设计了仿生检测鼻腔。瞬态响应模式下,检测有害气体的响应时间缩短为原始传感器的31.7%及静态仿生结构的19.1%。实验表明,该机器人在乙醇和水的区分中表现出色,具有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 仿生软体驱动器 多方向弯曲 气体检测机器人 瞬态响应
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仿昆虫爬行机理的六足机器人步态控制研究
5
作者 李世其 周书香 +1 位作者 付乐群 郑旋烨 《兵器装备工程学报》 北大核心 2025年第5期166-176,共11页
针对六足机器人运动控制中存在的结构复杂和作业效率较低的问题,设计了一种仿六足昆虫爬行机理的步态模型,并对其静态和动态稳定性进行了评估;进一步采用基于Hopf振荡器的中枢模式发生器(CPG)网络,实现了模型的内耦合、外反馈闭环控制策... 针对六足机器人运动控制中存在的结构复杂和作业效率较低的问题,设计了一种仿六足昆虫爬行机理的步态模型,并对其静态和动态稳定性进行了评估;进一步采用基于Hopf振荡器的中枢模式发生器(CPG)网络,实现了模型的内耦合、外反馈闭环控制策略;最后通过仿真和样机双重测试,验证了所提控制策略的有效性。实验表明,机器人在平地上的理论质心波动仅为10-4 m级,其在斜坡、台阶、沟壑的越障极限分别为38°、210 mm、300 mm,另在其他非结构化地形中也表现出优秀的适应性和通过性。 展开更多
关键词 六足机器人 仿生学 Hopf振荡器 中枢模式发生器 步态控制模型 闭环控制
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青蛙仿生机器人的设计与实现
6
作者 杨杰 罗宇豪 +1 位作者 蒙富伟 车守全 《山东工业技术》 2025年第2期18-23,共6页
仿生机器人旨在对自然界生物特性的借鉴,使得机器人在特定领域具备动作能力强、适应性高的特点,仿生设计也由此成为近年来机械创新设计的热门领域。本文仿生青蛙强大的弹跳越障能力,并设计了一款运动机器人,首先对青蛙仿生机器人各关键... 仿生机器人旨在对自然界生物特性的借鉴,使得机器人在特定领域具备动作能力强、适应性高的特点,仿生设计也由此成为近年来机械创新设计的热门领域。本文仿生青蛙强大的弹跳越障能力,并设计了一款运动机器人,首先对青蛙仿生机器人各关键部件进行结构计算和设计,之后对机器人整体进行设计和运动仿真,最后搭建了样机并进行实验验证,实验结果表明设计的机器人在基本弹跳功能实现、落地姿态控制、附加控制功能等的实现上都有较好效果。 展开更多
关键词 仿生机器人 青蛙机器人 运动仿真 实验验证
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仿生柔性运动控制系统设计
7
作者 刘志伟 舒雨锋 +2 位作者 李清顺 赵辉 李展斌 《机械管理开发》 2025年第3期192-194,197,共4页
受6足生物的启发,根据仿生机器人的原理,设计了双连杆刚柔腿组合模型的6足机器人,利用三角形稳定性原理,设计4步的步态控制,完成各腿脉冲控制时序设计。综合考虑稳定性和能耗问题,分析与地面的作用力关系,创新设计了一种“检测作用力-... 受6足生物的启发,根据仿生机器人的原理,设计了双连杆刚柔腿组合模型的6足机器人,利用三角形稳定性原理,设计4步的步态控制,完成各腿脉冲控制时序设计。综合考虑稳定性和能耗问题,分析与地面的作用力关系,创新设计了一种“检测作用力-调整导通时间-控制速度”输入整形的闭环控制方法,控制腿部力矩调节刚柔腿的角度,实现作用力和电动控制的协调组合,实现机器人刚柔腿组合下肢协调控制。实验测试结果证明,增加整形输入后直线移动速度、斜坡移动速度(15°)、能耗等方面均有很好改进,6足机器人的运动步态非常平稳和协调。 展开更多
关键词 仿生机器人 刚柔腿 输入整形
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电磁驱动式仿生机械蠕虫的设计与分析
8
作者 王望 王向东 《机械工程与自动化》 2025年第3期119-121,共3页
研究并设计了一种电磁驱动式仿生机械蠕虫,其可以实现蠕动爬行、爬坡、转向等动作。具体包括研发了一种可实现蠕动的步进式伸缩机构,设计了一种可实现“先扭头后摆尾”的连杆转向机构;并设计了一种浮动式贴合机构,以保证机械蠕虫头部和... 研究并设计了一种电磁驱动式仿生机械蠕虫,其可以实现蠕动爬行、爬坡、转向等动作。具体包括研发了一种可实现蠕动的步进式伸缩机构,设计了一种可实现“先扭头后摆尾”的连杆转向机构;并设计了一种浮动式贴合机构,以保证机械蠕虫头部和尾部底面与起伏不平的地面实现紧密贴合。通过制作实物样机、动作演示、记录数据,检验了机械蠕虫的动作性能,为后期的优化和改进奠定了基础。 展开更多
关键词 电磁驱动 仿生机械蠕虫 结构设计
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机器人双连杆刚柔腿组合下肢的结构设计
9
作者 刘志伟 舒雨锋 +3 位作者 李清顺 赵辉 全林辉 李展斌 《机械管理开发》 2025年第4期98-100,共3页
受六足生物行走动作的启发,从机器人的运动机构开展研究。建立了双连杆刚柔腿力学模型、设计了由刚腿和柔腿组成的机器人下肢结构,通过有限元分析受力,采用ABS材质对使用环境进行模拟,受力结果显示,在下压过程中,应力主要集中在柔腿的底... 受六足生物行走动作的启发,从机器人的运动机构开展研究。建立了双连杆刚柔腿力学模型、设计了由刚腿和柔腿组成的机器人下肢结构,通过有限元分析受力,采用ABS材质对使用环境进行模拟,受力结果显示,在下压过程中,应力主要集中在柔腿的底部,下压完成后应力则集中在柔腿中段。通过分析选择了3.0 mm厚度的柔腿制作样机并进行试验。通过仿真和样机测试证明,机器人刚腿和柔腿组合下肢结构具有良好的稳定性和运动能耗性能,能适应复杂的地形使用。 展开更多
关键词 仿生机器人 刚柔腿 柔性下肢 两段式动态模型
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基于NMPC的仿生海豚三维路径跟踪研究 被引量：1
10
作者 陈昭阳 陈宏 +1 位作者 付乐乐 巩伟杰 《传感器与微系统》 北大核心 2025年第4期56-59,64,共5页
针对仿生机器海豚在水下三维路径跟踪过程中的参数时变、模型复杂与外界环境干扰等问题,研究了一种基于非线性模型预测控制(NMPC)的路径跟踪控制方法;算法采用模型预测和约束优化相结合的方式来求解控制量,使仿生机器海豚在具有强烈非... 针对仿生机器海豚在水下三维路径跟踪过程中的参数时变、模型复杂与外界环境干扰等问题,研究了一种基于非线性模型预测控制(NMPC)的路径跟踪控制方法;算法采用模型预测和约束优化相结合的方式来求解控制量,使仿生机器海豚在具有强烈非线性特点的三维环境下克服反步控制算法的速度跳变与超速问题,并能在满足控制约束的条件下有效完成路径跟踪任务;最终通过MATLAB仿真实验与实物实验,验证了跟踪算法在不同环境下的有效性。 展开更多
关键词 仿生机器海豚 三维路径跟踪 非线性模型预测控制 反步控制
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骨骼肌多维结构-功能耦合机制驱动的仿生柔性驱动器性能优化
11
作者 张帆 沈杰 +2 位作者 姜官武 白克强 李涛 《医用生物力学》 北大核心 2025年第5期1186-1192,共7页
目的通过实验研究骨骼肌优异性能背后的生物和作用机制,为开发性能比肩骨骼肌的柔性驱动器提供科学依据。方法通过对青蛙骨骼肌制成的实验样品施加电刺激作用引起收缩,然后对其施加拉伸载荷进行测试,从骨骼肌尺寸、肌腱和肌外膜3个方面... 目的通过实验研究骨骼肌优异性能背后的生物和作用机制,为开发性能比肩骨骼肌的柔性驱动器提供科学依据。方法通过对青蛙骨骼肌制成的实验样品施加电刺激作用引起收缩,然后对其施加拉伸载荷进行测试,从骨骼肌尺寸、肌腱和肌外膜3个方面分析骨骼肌收缩长度和输出力等驱动性能与其结构之间的关系。结果骨骼肌样品在无负载和承受50%自身最大输出力负载时的收缩长度分别约为28.92%和20%,而且当骨骼肌所受负载不大于其最大输出力的20%时,它还具有快速复位(约1.25 s)的特性;对比无活性的肌腱,有活性肌腱可以提高约19.68%的收缩量;肌外膜的完整性也可以很好保护骨骼肌的力传递效率。结论通过模仿骨骼肌的结构和生物力学特性,柔性驱动器可以具有更好的驱动性能,这将极大地促进仿生机器人的发展。 展开更多
关键词 人工肌肉 柔性驱动器 骨骼肌 仿生机器人 生物力学
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腿臂融合六足机器人仿生设计及分析 被引量：2
12
作者 郑羿 饶思贤 高佳篷 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期545-559,共15页
设计一种新型的腿臂融合仿生六足机器人,首先确定最优的机器人本体构型,从步长、步态以及转弯灵活性方面对两种本体构型进行对比;然后对机器人的不同肢体进行仿生设计。对于腿分支,根据仿生学原理确定了最优的关节转角范围、髋节长度以... 设计一种新型的腿臂融合仿生六足机器人,首先确定最优的机器人本体构型,从步长、步态以及转弯灵活性方面对两种本体构型进行对比;然后对机器人的不同肢体进行仿生设计。对于腿分支,根据仿生学原理确定了最优的关节转角范围、髋节长度以及大小腿节的长度比例,并从工作空间、速度椭圆和力椭圆3个方面评估六足机器人类昆虫式构型和类哺乳动物式构型的运动能力和承载能力,对于腿臂分支,参照人类手臂的关节布局,利用腿臂融合机制设计一种具有五自由度的腿臂分支,可实现腿/臂功能之间的灵活切换;在此基础上,将两者均布在圆周本体上组成了六足机器人的整体构型,最后设计机器人的整体系统,并利用研制的物理样机对机器人的步行功能、操作功能进行实验验证。研究结果表明:该仿生机器人相比于一般的六足机器人具有最优的腿分支拓扑结构,可以根据目标任务不同选择类昆虫构型或者类哺乳动物构型,并且由于类人手臂腿臂融合分支的存在,其不仅可以实现基本的步行功能,而且可实现一定的操作功能,同时完成这两种功能之间的灵活切换。 展开更多
关键词 腿臂融合 六足机器人 仿生设计 步态规划 单腿臂操作
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变刚度柔性仿生机器鱼设计与游动性能分析
13
作者 李青泉 李宗刚 +3 位作者 王治平 黎斌 夏广庆 康会峰 《兵器装备工程学报》 北大核心 2025年第10期282-290,共9页
受鱼类在不同游动模式下主动调节身体刚度以提升游动性能的启发,设计了一种变刚度柔性身体的仿生机器鱼。该机器鱼由头部、主动身体段、被动身体段及柔性尾鳍构成,其中被动身体段通过变刚度机构实现柔性身体刚度的动态调节,实验数据显... 受鱼类在不同游动模式下主动调节身体刚度以提升游动性能的启发,设计了一种变刚度柔性身体的仿生机器鱼。该机器鱼由头部、主动身体段、被动身体段及柔性尾鳍构成,其中被动身体段通过变刚度机构实现柔性身体刚度的动态调节,实验数据显示其刚度调节范围为0.128~0.697 Nm/rad。理论层面,建立了机器鱼的运动学模型与拉格朗日动力学模型,并借助计算流体力学(CFD)技术获取精确的水动力参数,通过仿真与实验的对比分析,探究机器鱼的游动性能。结果表明:通过调整身体刚度,在驱动频率为0.5 Hz时,机器鱼的游动速度与效率分别提升了14.8%和15.3%;而在驱动频率为2.5 Hz时,速度和效率分别提升了102.6%和106.6%。本研究为高性能仿生机器鱼的设计优化与实际应用提供了理论依据与实验支撑。 展开更多
关键词 仿生机器鱼 变刚度 动力学模型 游动性能 刚柔耦合
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基于灵长类动物特征的爬树机器人步态
14
作者 路欣哲 李文彬 +1 位作者 徐道春 白效鹏 《林业科学》 北大核心 2025年第9期162-172,共11页
【目的】针对现有爬树机器人工作空间受限、难以适应复杂攀爬环境的问题,开发一种新型夹爪式爬树机器人平台及其攀爬步态,拓展现有样机在树干环境下的作业范围,以代替林区研究人员进行树冠层的作业、降低安全隐患。【方法】基于灵长类... 【目的】针对现有爬树机器人工作空间受限、难以适应复杂攀爬环境的问题,开发一种新型夹爪式爬树机器人平台及其攀爬步态,拓展现有样机在树干环境下的作业范围,以代替林区研究人员进行树冠层的作业、降低安全隐患。【方法】基于灵长类动物的生理特征和攀爬机理,设计三臂夹爪式机器人结构,并根据静力学仿真分析验证设计方案的合理性。提出三爪垂直攀爬与双爪周转两种步态策略,通过几何分析推导机器人的工作空间方程,确定各攀爬步态下的最大步长。采用Adams动力学仿真验证关节扭矩稳定性,并计算能量消耗以评估续航性能。最后利用样机进行实地步态验证试验,评估步态可行性和机器人的可攀爬范围。【结果】1)结构的最大变形量在亚毫米级,最大等效应力为67MPa,理论上在运行过程中不会发生严重的变形或损伤,机构设计和材料选用符合要求;2)所设计的三爪攀爬步态可实现最大210mm的步长,单步态周期约4min;3)双爪周转步态可以实现最大51°的绕树干周转,单步态周期约2.5 min;4)根据攀爬范围试验,机器人可以在直径约61~136mm、与地面夹角约40°~87°的树干上进行攀爬;5)续航试验显示,容量为9800mAh的锂电池在连续作业30 min后,仍可持续输出最大工作电流,且机器人的关节舵盘、支撑架等关键零部件未出现明显磨损。【结论】通过对灵长类动物的仿生设计,研制了一种新型三臂夹爪式爬树机器人及其攀爬步态。机器人整体采用铝合金和光敏树脂材料制造,总重约2.5kg。根据静力学仿真结果,验证了尺寸设计与材料选型的合理性。通过攀爬范围试验,其可适应直径范围约占试验树枝干范围的68%,可攀爬的倾斜角度能够满足多数攀爬场景,且通过更换夹持器可以进一步扩大攀爬范围。经实地试验,当前电源配置可以支持至少30min的连续攀爬作业,在林地环境下可以通过更换电池实现持续工作。本研究验证了机器人能够通过所设计的步态进行攀爬,表现出较为理想的综合性能,为辅助林区研究人员进行高空林木采样、冠层监测等工作提供了新的解决方案。 展开更多
关键词 林区作业 爬树机器人 仿生设计 步态策略 工作空间
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基于功能实例建模和BioTRIZ的仿生机器人启发设计方法研究
15
作者 王嘉怡 杨志云 +2 位作者 郭道京 马进 王守慧 《包装工程》 北大核心 2025年第12期73-82,共10页
目的针对仿生机器人启发设计中存在的工程-生物跨领域知识重用和知识推理方法研究不足的问题,提出了一种基于功能实例建模和BioTRIZ的系统化知识表示与设计类推方法。方法首先提出了面向仿生机器人启发设计的跨领域功能实例建模方法,用... 目的针对仿生机器人启发设计中存在的工程-生物跨领域知识重用和知识推理方法研究不足的问题,提出了一种基于功能实例建模和BioTRIZ的系统化知识表示与设计类推方法。方法首先提出了面向仿生机器人启发设计的跨领域功能实例建模方法,用于设计过程工程和生物实例的知识表示和实例建模。之后给出了基于功能实例检索和BioTRIZ的仿生机器人启发设计跨领域类推方法。在功能实例检索中,通过功能推理和相似性度量,根据所需功能检索生物实例。在BioTRIZ中,仿生机器人设计问题首先经过抽象,然后被转换为一组冲突对。最后,通过矛盾矩阵索引创新原理并在相应的创新原理下检索该功能相关的生物实例,将其映射到工程领域实现医用穿刺注射机器人仿生止回阀创新设计。结果通过将功能实例建模和BioTRIZ相结合,能够实现仿生机器人启发设计中的知识表示并支持工程-生物跨领域设计类推推理。结论基于功能实例建模和BioTRIZ的系统化知识表示与设计类推方法,不仅提高了设计效率,还为仿生机器人设计提供了新的设计工具和方法。 展开更多
关键词 功能实例建模 BioTRIZ 生物启发设计 类推推理 仿生机器人
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仿生鲔科机器鱼游动性能研究
16
作者 张保成 吴业涛 +1 位作者 张开升 鲁中间 《机械设计与制造》 北大核心 2025年第5期251-257,共7页
为研究仿生机器鱼游动过程中鱼体与周围流场之间流固耦合作用机理,以游动效率最高的仿生鲔科机器鱼为研究对象,应用绝对节点坐标法建立机器鱼游动时的动力学模型,使用广义Alpha方法和遗传算法求得机器鱼最优位置函数。将理论结果代入STA... 为研究仿生机器鱼游动过程中鱼体与周围流场之间流固耦合作用机理,以游动效率最高的仿生鲔科机器鱼为研究对象,应用绝对节点坐标法建立机器鱼游动时的动力学模型,使用广义Alpha方法和遗传算法求得机器鱼最优位置函数。将理论结果代入STAR-CCM+耦合流体求解器建立鱼体的游动模型,耦合结果表明当摆动幅值为0.13倍体长,摆动频率在(1.72~2.47)Hz范围内,平均巡游速度为1.2BL/s(BL为机器鱼体长的倍数),机器鱼最佳游动效率为0.4155。结果证实了机器鱼游动过程中通过制造沿尾部脱落的双列反卡门涡街,实现从周围流场汲取能量以维持自身高效率游动。通过分析机器鱼自主游动涡街产生过程得出流场雷诺数在(800~1200)时,机器鱼自主游动产生的反卡门涡街的结构达到最佳尺寸,可为仿生机器鱼效率的提高提供新的思路和方向。 展开更多
关键词 仿生机器鱼 绝对节点坐标法 遗传算法 流固耦合 游动特性
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基于仿生视觉的机器人多区域全向避障研究
17
作者 段宛妮 雷斌 蒋林 《传感器与微系统》 北大核心 2025年第10期17-21,共5页
蝗虫的小叶巨型运动探测器(LGMD)神经元已被证明对接近蝗虫视野的物体在直接碰撞过程中具有优先反应,但该网络缺乏运动方向感知机制,导致蝗虫视觉神经网络缺乏全向避障能力。为了提高蝗虫碰撞感知网络的全向避障能力,从果蝇视觉神经元... 蝗虫的小叶巨型运动探测器(LGMD)神经元已被证明对接近蝗虫视野的物体在直接碰撞过程中具有优先反应,但该网络缺乏运动方向感知机制,导致蝗虫视觉神经网络缺乏全向避障能力。为了提高蝗虫碰撞感知网络的全向避障能力,从果蝇视觉神经元获得灵感,将人工蝗虫视觉神经网络LGMD与基本运动探测器(EMD)相结合,融合创新型运动目标提取算法减少网络复杂度,提出一种仿生视觉避障神经网络(BVOANN)和动态碰撞检测应用式运动控制策略。利用Visual Studio软件对真实世界获取的视频进行仿真分析,并在低成本机器人上验证,结果表明:相较于传统模型仅能实现径向运动物体检测,改进模型具备全方位运动物体检测功能,从而实现更优异的避障效果。 展开更多
关键词 小叶巨型运动探测器 果蝇视觉 全向动态避障 仿生视觉 移动机器人
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面向能效优化的攻角反馈机器人智能控制方法
18
作者 王天柱 刘佳音 +2 位作者 韩松 车洪磊 史聪灵 《智能科学与技术学报》 2025年第1期128-138,共11页
水生生物能够感知水流状态并及时调节攻角,从而在周期性拍动过程中保持最高的运动效率。生物尾鳍的运动伴随着尾部刚度的变化,同时依赖于尾部肌肉的收缩/松弛。在与外部流体的相互作用中,攻角调节有助于生物在运动中保持最佳攻角,以提... 水生生物能够感知水流状态并及时调节攻角,从而在周期性拍动过程中保持最高的运动效率。生物尾鳍的运动伴随着尾部刚度的变化,同时依赖于尾部肌肉的收缩/松弛。在与外部流体的相互作用中,攻角调节有助于生物在运动中保持最佳攻角,以提高推进性能。基于此,提出了一种基于攻角反馈的仿生机器人高速运动智能控制方法。首先,分析所设计的机器海豚的运动学特性,明确算法的硬件基础;其次,针对尾鳍电机在高频运动时无法与腰关节电机有效协同的问题,提出基于模糊推理的关节角控制算法,实现了尾鳍关节在力矩模式下对期望关节角的跟踪;然后,提出了一种基于攻角反馈的尾关节闭环控制方案以提高运动性能;最后,通过实验验证了所提出的运动控制方法的有效性。 展开更多
关键词 能效优化 攻角反馈 智能控制 仿生机器人
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金枪鱼型仿生鱼外形设计及水动力分析
19
作者 张帅 邓芳 +2 位作者 杜治宇 丁强 杨化林 《舰船电子工程》 2025年第1期83-89,共7页
从水动力学理论的角度分析,鱼类巡游状态下鱼体推力与水阻力组成平衡力系。为获得水动力性能优良的仿生鱼鱼体外形,论文以回转体线形为基础,实现多种鱼体模型的参数化构建并进行阻力分析计算,据此设计阻力性能优良的鱼体线形。结合理论... 从水动力学理论的角度分析,鱼类巡游状态下鱼体推力与水阻力组成平衡力系。为获得水动力性能优良的仿生鱼鱼体外形,论文以回转体线形为基础,实现多种鱼体模型的参数化构建并进行阻力分析计算,据此设计阻力性能优良的鱼体线形。结合理论分析与生物学研究,完成尾鳍参数设计并对其进行水动力分析以确定最优组合。利用经验公式对仿生鱼整体阻力进行估算并进行仿真验证,结果证实所设计仿生鱼外形拥有优良的阻力性能。 展开更多
关键词 黄鳍金枪鱼 回转型鱼体 尾鳍水动力 仿生机器鱼
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基于坐位调膝法的仿生推拿机器人结构设计与实验研究
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作者 王雪 王殊轶 +5 位作者 马邦峰 龚利 邢华 樊琳 王佳瑜 康宁 《智能计算机与应用》 2025年第3期39-47,共9页
为减轻推拿医生的劳动负荷,增加膝骨关节炎患者的就诊机会,本研究设计了一种基于坐位调膝法的仿生推拿机器人,并对其进行仿真分析与实验研究。首先,使用改进D-H参数法建立运动学分析模型,得到推拿机器人末端位姿表达式以计算其逆解。其... 为减轻推拿医生的劳动负荷,增加膝骨关节炎患者的就诊机会,本研究设计了一种基于坐位调膝法的仿生推拿机器人,并对其进行仿真分析与实验研究。首先,使用改进D-H参数法建立运动学分析模型,得到推拿机器人末端位姿表达式以计算其逆解。其次,基于蒙特卡洛法对推拿机器人进行工作空间分析。然后,通过采集实际推拿数据,得到医生大拇指推力与患者膝盖弯曲角度的函数关系及拟合曲线的方程,将其作为推拿机器人输出力控制的依据。最后,制作推拿机器人样机并进行了按摩行程对比实验和模拟推拿实验,验证了整体的可行性。研究结果为后续推拿机器人系统的设计及优化提供了重要的理论依据。 展开更多
关键词 膝骨关节炎 坐位调膝法 推拿机器人 运动学分析
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