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气动软体致动器驱动的仿生鱼尾设计及试验
被引量:
1
1
作者
王淑坤
王锦昊
+1 位作者
郑龙
董越华
《重庆理工大学学报(自然科学)》
北大核心
2025年第5期149-155,共7页
针对鱼类的C形起动行为,以具有新月形尾鳍的金枪鱼尾部为仿生模本,设计了一款采用气动纤维约束软体致动器驱动的单关节仿生鱼尾,给出了纤维约束软体致动器与无纤维约束软体致动器的伸缩性能对比。借助数字粒子图像测速技术对不同气压驱...
针对鱼类的C形起动行为,以具有新月形尾鳍的金枪鱼尾部为仿生模本,设计了一款采用气动纤维约束软体致动器驱动的单关节仿生鱼尾,给出了纤维约束软体致动器与无纤维约束软体致动器的伸缩性能对比。借助数字粒子图像测速技术对不同气压驱动下的仿生鱼尾C形起动过程进行流场可视化试验,通过涡环冲量计算,定量分析了推进能力的影响因素。结果表明:研究范围内,仿生鱼尾在进行C形起动时所产生的涡环冲量随摆动周期的减小而增加,同时受摆动角度的影响,在达到最佳摆动角度前,涡环冲量随输出气压的增加而增大,超过最佳摆动角度后开始上下波动并趋于稳定。
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关键词
工程仿生学
气动软体致动器
仿生鱼尾
数字粒子图像测速技术
C形起动
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职称材料
仿生鱼尾摆磁场驱动设计与试验
2
作者
王淑妍
吴志明
+2 位作者
黄治亮
韩钰
蒋旭君
《东华大学学报(自然科学版)》
北大核心
2025年第2期165-173,共9页
为提高仿生鱼尾鳍摆动推进能力,提出一种空间磁场驱动模型,实现鲹科类和鲸豚类两种尾摆模式。针对尾鳍摆进空间运动域,开展磁场结构设计并分析其工作原理;在ANSYS Maxwell软件中对定子绕组安匝数和气隙对转子转矩的影响进行电磁仿真,并...
为提高仿生鱼尾鳍摆动推进能力,提出一种空间磁场驱动模型,实现鲹科类和鲸豚类两种尾摆模式。针对尾鳍摆进空间运动域,开展磁场结构设计并分析其工作原理;在ANSYS Maxwell软件中对定子绕组安匝数和气隙对转子转矩的影响进行电磁仿真,并做出试验样机进行试验验证。研究结果表明,在气隙一定时,转子转矩大小随安匝数的增大而增大;当安匝数一定时,转子转矩大小随气隙的增大而减小;根据磁场叠加原理,当转子转动角度在0~30°时,转矩呈先增大后减小的趋势,数值大小关于转动角度30°位置对称;当定子绕组安匝数为600、气隙为1 mm的情况下,转子转矩可以达到最大值1.09 N·m;试验结果证明仿生鱼鱼身和尾鳍的转矩与仿真结果的变化趋势相一致。
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关键词
仿生鱼
空间磁场
尾摆推进
样机与试验
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职称材料
基于理想推进器理论的尾鳍推力与效率估算
被引量:
22
3
作者
王田苗
梁建宏
《机械工程学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2005年第8期18-23,共6页
鱼类尾鳍的动力学问题已经得到广泛研究,但是在进行尾鳍推进器的设计时,还缺乏一种简单有效的设计和估算方法,将尾鳍的运动参数与推力、效率联系起来;在观测和分析尾鳍流场的基础上,研究了2自由度尾鳍推进器的流场结构和推力形成原因;...
鱼类尾鳍的动力学问题已经得到广泛研究,但是在进行尾鳍推进器的设计时,还缺乏一种简单有效的设计和估算方法,将尾鳍的运动参数与推力、效率联系起来;在观测和分析尾鳍流场的基础上,研究了2自由度尾鳍推进器的流场结构和推力形成原因;将理想推进器理论应用于尾鳍推进器的推力和效率计算,提出了射流及其诱导速度的量化假设,建立了推力、效率与运动参数、斯特劳哈尔数之间的函数关系;运用该函数对海洋动物的典型运动状态进行了估算,估算结果与动物观测现象基本吻合,该方法在机器鱼模型设计中得到了应用和验证。
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关键词
仿生学
推进
效率
机器鱼
尾鳍
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职称材料
仿生机器鱼尾鳍拍动的控制算法
被引量:
5
4
作者
王田苗
马文凯
梁建宏
《北京航空航天大学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2006年第10期1157-1162,共6页
两关节尾鳍拍动控制是一个在高速、大载荷下的运动控制问题,它要求同时保证速度和位置波形失真都比较小.论证了尾鳍拍动推进方式与鱼体波动推进方式的一致性,根据尾鳍拍动的运动规律导出了用于拍动控制的数学模型.基于SPC-III机器鱼硬...
两关节尾鳍拍动控制是一个在高速、大载荷下的运动控制问题,它要求同时保证速度和位置波形失真都比较小.论证了尾鳍拍动推进方式与鱼体波动推进方式的一致性,根据尾鳍拍动的运动规律导出了用于拍动控制的数学模型.基于SPC-III机器鱼硬件平台,在主臂控制上,提出了根据摆角位置解算转速,并结合时间与摆角位置关系进行速度补偿的算法;在小臂控制上,提出了根据两关节摆角位置的关系及程序循环周期解算小臂目标位置的跟随算法.对高频拍动的实现进行了探讨.在试验中对尾鳍拍动的跟随性进行了验证.
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关键词
仿生机器鱼
运动控制
尾鳍
拍动
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职称材料
水下航行体应用鱼类仿生推进技术的试验研究
被引量:
1
5
作者
敬军
胡刚义
+2 位作者
许建
杨晔
尹协振
《中国舰船研究》
2007年第6期16-23,共8页
水下仿生推进技术将是水下航行体推进技术的革命,这种推进方式是仿生学和水下航行体推进结合的产物,突破了传统的螺旋桨推进理论。初步研究了水下航行体仿生推进技术,以及波状摆动推进中C形起动模式使用不同形状尾鳍的流场结构及动力性...
水下仿生推进技术将是水下航行体推进技术的革命,这种推进方式是仿生学和水下航行体推进结合的产物,突破了传统的螺旋桨推进理论。初步研究了水下航行体仿生推进技术,以及波状摆动推进中C形起动模式使用不同形状尾鳍的流场结构及动力性能。一般可以将尾鳍形状划分为对称与不对称两大类,选择矩形和三角形作为这两类尾鳍的代表,对其进行了流动显示以及力矩和力测量。研究发现,两种尾鳍模型具有截然不同的流场结构:矩形会在翼尖处产生一个主涡环,而三角形会在尖角上下出现两个涡环。不同的尾迹流场结构有着不同的动力学效果。据此对比分析了不同形状的尾鳍在波状摆动推进中各自的优缺点,在此基础上进一步分析了尾鳍形状在实际工程中的应用。
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关键词
水下推进技术
仿生推进
鱼类
C形起动
尾鳍形状
流场结构
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职称材料
一种基于多自由度鱼尾的仿生机器鱼设计
被引量:
3
6
作者
李家君
郝永平
+1 位作者
刘丽红
张俊豪
《机械工程与自动化》
2024年第3期92-94,共3页
针对传统的水下机器人运动效率低、水下作业时产生的噪声污染会影响鱼群生活环境、隐蔽性差容易被雷达探测识别,而大多数仿生鱼尾部摆动模式不够灵活、环境适应性差的问题,提出了一种基于多自由度鱼尾的仿生机器鱼的结构方案。该鱼尾能...
针对传统的水下机器人运动效率低、水下作业时产生的噪声污染会影响鱼群生活环境、隐蔽性差容易被雷达探测识别,而大多数仿生鱼尾部摆动模式不够灵活、环境适应性差的问题,提出了一种基于多自由度鱼尾的仿生机器鱼的结构方案。该鱼尾能够产生横向和纵向两个方向的运动矢量,尾部能够进行更加灵活的摆动。对机器鱼尾部结构进行了实验,实验结果表明:在横向上驱动线变化量为50 mm时达到最大摆角116°,纵向上驱动线变化量在46 mm时达到纵向最大摆角61°。
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关键词
仿生机器人
多自由度鱼尾
结构设计
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职称材料
题名
气动软体致动器驱动的仿生鱼尾设计及试验
被引量:
1
1
作者
王淑坤
王锦昊
郑龙
董越华
机构
长春理工大学机电工程学院
吉林大学工程仿生教育部重点实验室
吉林大学威海仿生研究院
出处
《重庆理工大学学报(自然科学)》
北大核心
2025年第5期149-155,共7页
基金
山东省高端医疗器械创新创业共同体项目(2022-SGTTXM-018)。
文摘
针对鱼类的C形起动行为,以具有新月形尾鳍的金枪鱼尾部为仿生模本,设计了一款采用气动纤维约束软体致动器驱动的单关节仿生鱼尾,给出了纤维约束软体致动器与无纤维约束软体致动器的伸缩性能对比。借助数字粒子图像测速技术对不同气压驱动下的仿生鱼尾C形起动过程进行流场可视化试验,通过涡环冲量计算,定量分析了推进能力的影响因素。结果表明:研究范围内,仿生鱼尾在进行C形起动时所产生的涡环冲量随摆动周期的减小而增加,同时受摆动角度的影响,在达到最佳摆动角度前,涡环冲量随输出气压的增加而增大,超过最佳摆动角度后开始上下波动并趋于稳定。
关键词
工程仿生学
气动软体致动器
仿生鱼尾
数字粒子图像测速技术
C形起动
Keywords
engineering
bionic
s
soft pneumatic actuator
bionic fish tail
digital particle image velocimetry
C-starts
分类号
TB17 [生物学—生物工程]
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职称材料
题名
仿生鱼尾摆磁场驱动设计与试验
2
作者
王淑妍
吴志明
黄治亮
韩钰
蒋旭君
机构
东华大学机械工程学院
杭州西奥电梯有限公司
出处
《东华大学学报(自然科学版)》
北大核心
2025年第2期165-173,共9页
基金
国家自然科学基金(51975115)。
文摘
为提高仿生鱼尾鳍摆动推进能力,提出一种空间磁场驱动模型,实现鲹科类和鲸豚类两种尾摆模式。针对尾鳍摆进空间运动域,开展磁场结构设计并分析其工作原理;在ANSYS Maxwell软件中对定子绕组安匝数和气隙对转子转矩的影响进行电磁仿真,并做出试验样机进行试验验证。研究结果表明,在气隙一定时,转子转矩大小随安匝数的增大而增大;当安匝数一定时,转子转矩大小随气隙的增大而减小;根据磁场叠加原理,当转子转动角度在0~30°时,转矩呈先增大后减小的趋势,数值大小关于转动角度30°位置对称;当定子绕组安匝数为600、气隙为1 mm的情况下,转子转矩可以达到最大值1.09 N·m;试验结果证明仿生鱼鱼身和尾鳍的转矩与仿真结果的变化趋势相一致。
关键词
仿生鱼
空间磁场
尾摆推进
样机与试验
Keywords
bionic
fish
spatial magnetic
tail
-swing propulsion
prototype and experiment
分类号
TP242 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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职称材料
题名
基于理想推进器理论的尾鳍推力与效率估算
被引量:
22
3
作者
王田苗
梁建宏
机构
北京航空航天大学机械工程与自动化学院
出处
《机械工程学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2005年第8期18-23,共6页
基金
国家自然科学基金重点(10332040)国防基础科研基金(J1300C1004)资助项目。
文摘
鱼类尾鳍的动力学问题已经得到广泛研究,但是在进行尾鳍推进器的设计时,还缺乏一种简单有效的设计和估算方法,将尾鳍的运动参数与推力、效率联系起来;在观测和分析尾鳍流场的基础上,研究了2自由度尾鳍推进器的流场结构和推力形成原因;将理想推进器理论应用于尾鳍推进器的推力和效率计算,提出了射流及其诱导速度的量化假设,建立了推力、效率与运动参数、斯特劳哈尔数之间的函数关系;运用该函数对海洋动物的典型运动状态进行了估算,估算结果与动物观测现象基本吻合,该方法在机器鱼模型设计中得到了应用和验证。
关键词
仿生学
推进
效率
机器鱼
尾鳍
Keywords
bionic
s Propulsion Efficiency Robotics-
fish
tail
-fin
分类号
TP24 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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职称材料
题名
仿生机器鱼尾鳍拍动的控制算法
被引量:
5
4
作者
王田苗
马文凯
梁建宏
机构
北京航空航天大学机械工程及自动化学院
出处
《北京航空航天大学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2006年第10期1157-1162,共6页
基金
国防基础科研资助项目(K1204060118)
国家杰出青年科学基金资助项目(373282)
文摘
两关节尾鳍拍动控制是一个在高速、大载荷下的运动控制问题,它要求同时保证速度和位置波形失真都比较小.论证了尾鳍拍动推进方式与鱼体波动推进方式的一致性,根据尾鳍拍动的运动规律导出了用于拍动控制的数学模型.基于SPC-III机器鱼硬件平台,在主臂控制上,提出了根据摆角位置解算转速,并结合时间与摆角位置关系进行速度补偿的算法;在小臂控制上,提出了根据两关节摆角位置的关系及程序循环周期解算小臂目标位置的跟随算法.对高频拍动的实现进行了探讨.在试验中对尾鳍拍动的跟随性进行了验证.
关键词
仿生机器鱼
运动控制
尾鳍
拍动
Keywords
bionic
robot
fish
motion control
tail
fin
flipping
分类号
TP24 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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职称材料
题名
水下航行体应用鱼类仿生推进技术的试验研究
被引量:
1
5
作者
敬军
胡刚义
许建
杨晔
尹协振
机构
中国舰船研究设计中心
中国科学技术大学力学和机械工程系
出处
《中国舰船研究》
2007年第6期16-23,共8页
基金
国家自然科学基金(10072063
10332040)
中科院知识创新工程重要方向项目(KJCX-SW-L04)
文摘
水下仿生推进技术将是水下航行体推进技术的革命,这种推进方式是仿生学和水下航行体推进结合的产物,突破了传统的螺旋桨推进理论。初步研究了水下航行体仿生推进技术,以及波状摆动推进中C形起动模式使用不同形状尾鳍的流场结构及动力性能。一般可以将尾鳍形状划分为对称与不对称两大类,选择矩形和三角形作为这两类尾鳍的代表,对其进行了流动显示以及力矩和力测量。研究发现,两种尾鳍模型具有截然不同的流场结构:矩形会在翼尖处产生一个主涡环,而三角形会在尖角上下出现两个涡环。不同的尾迹流场结构有着不同的动力学效果。据此对比分析了不同形状的尾鳍在波状摆动推进中各自的优缺点,在此基础上进一步分析了尾鳍形状在实际工程中的应用。
关键词
水下推进技术
仿生推进
鱼类
C形起动
尾鳍形状
流场结构
Keywords
underwater propulsion
bionic
s
fish
C-start
tail
shape
flow structure
分类号
U661.3 [交通运输工程—船舶及航道工程]
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职称材料
题名
一种基于多自由度鱼尾的仿生机器鱼设计
被引量:
3
6
作者
李家君
郝永平
刘丽红
张俊豪
机构
沈阳理工大学机械工程学院
辽宁省先进制造技术装备重点实验室
出处
《机械工程与自动化》
2024年第3期92-94,共3页
文摘
针对传统的水下机器人运动效率低、水下作业时产生的噪声污染会影响鱼群生活环境、隐蔽性差容易被雷达探测识别,而大多数仿生鱼尾部摆动模式不够灵活、环境适应性差的问题,提出了一种基于多自由度鱼尾的仿生机器鱼的结构方案。该鱼尾能够产生横向和纵向两个方向的运动矢量,尾部能够进行更加灵活的摆动。对机器鱼尾部结构进行了实验,实验结果表明:在横向上驱动线变化量为50 mm时达到最大摆角116°,纵向上驱动线变化量在46 mm时达到纵向最大摆角61°。
关键词
仿生机器人
多自由度鱼尾
结构设计
Keywords
bionic
robot
multi-degree of freedom
fish
tail
structural design
分类号
TP242.3 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
气动软体致动器驱动的仿生鱼尾设计及试验
王淑坤
王锦昊
郑龙
董越华
《重庆理工大学学报(自然科学)》
北大核心
2025
1
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职称材料
2
仿生鱼尾摆磁场驱动设计与试验
王淑妍
吴志明
黄治亮
韩钰
蒋旭君
《东华大学学报(自然科学版)》
北大核心
2025
0
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职称材料
3
基于理想推进器理论的尾鳍推力与效率估算
王田苗
梁建宏
《机械工程学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2005
22
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职称材料
4
仿生机器鱼尾鳍拍动的控制算法
王田苗
马文凯
梁建宏
《北京航空航天大学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2006
5
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职称材料
5
水下航行体应用鱼类仿生推进技术的试验研究
敬军
胡刚义
许建
杨晔
尹协振
《中国舰船研究》
2007
1
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职称材料
6
一种基于多自由度鱼尾的仿生机器鱼设计
李家君
郝永平
刘丽红
张俊豪
《机械工程与自动化》
2024
3
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职称材料
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