仿生水下机器人
仿生墨鱼机器人及其关键技术研究共3篇
仿生墨鱼机器人及其关键技术研究共3篇仿生墨鱼机器人及其关键技术研究1随着科技的发展，人们对机器人的需求越来越高，尤其是在某些领域中，如海洋勘测和潜水，机器人可以替代人类进行危险和繁琐的工作。
为此，仿生墨鱼机器人应运而生。
本文将介绍仿生墨鱼机器人及其关键技术研究的概述。
一、仿生墨鱼机器人的概述仿生墨鱼机器人是由中国科学院深海科学与工程研究所的研究人员研发的一种智能水下机器人。
它采用了仿生学的原理，模仿了真正的墨鱼，外形和姿态均与真正的墨鱼十分相似。
它特别适合进行水下勘测和观测任务。
仿生墨鱼机器人采用了一些新技术，例如柔性运动、多自由度控制和自主导航等，能够自如地在水下前进，同时还配备了高清摄像头和激光雷达等设备，能够精确地捕捉周围的环境信息。
二、仿生墨鱼机器人的关键技术仿生墨鱼机器人的关键技术包括了以下几个方面：1、柔性运动技术仿生墨鱼机器人的柔性运动技术是其最大的亮点。
为了实现真正的墨鱼般的柔性运动，研究人员采用了基于流体动力学的仿生学原理，将柔性材料和机械臂等结构相结合，使机器人能够更加灵活地运动。
此外，该技术还能够使机器人在快速移动时减少水阻，降低能量消耗。
2、多自由度控制技术仿生墨鱼机器人共有八个触手，每个触手都具备多自由度的运动能力。
通过利用机械臂的多自由度控制技术，可以控制机器人在复杂的水下环境中进行高精度的定位和导航。
3、自主导航技术自主导航技术是机器人技术中比较重要的一项技术，也是仿生墨鱼机器人的关键技术之一。
通过内置的自主导航系统，可以实现机器人的自主控制和运动。
自主导航系统包括了传感器、航迹规划和动力系统等子系统。
4、智能控制技术智能控制技术是仿生墨鱼机器人的核心技术之一，具有自主学习、自适应和自主决策等特点，可以对周围环境进行感知和分析，对机器人进行控制和优化。
同时，该技术还能够保证机器人在执行任务时具有高效性、精准性和可靠性。
三、仿生墨鱼机器人的应用前景仿生墨鱼机器人具有广阔的应用前景，尤其是在水下勘测、海洋资源开发和水下灾害救援等领域中有着广泛的应用。
仿生机器人介绍
由于水对电磁波的干扰, 长久以来人们都是通 过电缆进行控制和供能操作, 这也限制了水下 机器人的灵活性、活动范围以及作业种类, 因
此如何让它们去除身上的电缆线一直困扰着 科学家们。随着硬件技术和控制技术的发展, 新式AUV应运而生, 它是无缆式水下机器人, 自带供能模块, 靠其自身的自动化控制能力来 完成所赋予的工作, 并能够大范围活动, 具有 机动性好、安全性高、智能化等优点, 现已成 为完成水下作业的重要工具。
与其他种类的水下机器人相比, AUV有着巨大的优 势, 它能够依据运动传感器参数和导航参数的变化 而快速修正航向, 通过程序控制, 能够全自动按照预 设的航线进行测量、自动换向或调整航线等操作, 能够在测量时保证覆盖工作范围, 而且摆脱了线缆 的限制, 受自然因素影响小, 作业效率高。但ROV受 制于线缆, 其关键技术在于通信。由AUV和ROV的比 较可知, 发展水下机器人的智能化尤为必要, 这将是 水下机器人的未来发展方向。
未来, 水下机器人的潜深一定会越来越大, 特别是 深海机器人, 更是占领海洋开发技术前沿与制高 点的重要利器。由于HOV, ROV, AUV在深海极端恶 劣的环境条件下工作, 不仅需要承受极为巨大的 水压, 还需要保持一定的浮力用来减少推进所需 要的能量、提高航行的效率和时间, 因此目前水 下机器人在设计时一般要进行优化设计, 在流线 型外形的前提下使结构尽可能紧凑。目前AUV一 般依靠自身内部能源供能, 因此需要在自身功耗 和电池电量间找到平衡点, 通常根据不同的作业 目的, 安装不同的设备和传感器, 并且尽可能地延 长续航时间。
发展现状
我国科学家于20世纪70年代末开始对ROV进行研究, 1985年12 月我国首台水下机器人“海人一号”样机进行首航并取得成功 , 可潜入水下深达200 m的位置, 能够在水下连续进行观察、切 割、取样、焊接等作业。十几年来, 我国水下机器人的研究取 得了长足进步, 已经能够制造各种型号的ROV。目前, 在我国水 下机器人中, 潜深最大、功能最强的ROV当属上海交通大学水 下工程研究所研制的“海龙号”。在进行深海热液科研考察任 务中, 它首次观测到太平洋海底非常罕见的巨大“黑烟囱”, 并 获取了热液样品, 还收集了一些附近的微生物样本。2014年, 中 国科学院沈阳自动化研究所研制的极地科考水下机器人——— 北极冰下自主/遥控海洋环境监测系统 (简称“北极ARV”) 还 完成了海冰厚度测量、冰底形态观测和海洋环境参数测量等工
微小型水下仿生机器人研究现状及发展趋势_王扬威
部 , 通信系统和电源都放在头部 , 有四个摆动关节 , 通过直流电动机驱动 。
浙江大学的陈柏
等人研制出电机驱动
的仿生蝌蚪机 器 人[ 20] , 如图 12所示 。
图 12 仿生蝌蚪机器人
机器人在水中依靠尾部波状摆动前进 。 其柔性尾部
摆动过程中 , 形状类似于一列正弦波 ;机器人波状尾 部摆动时带动它所包络的液体向后流动 , 形成尾涡 。
PZT、 SMA和 高 分子 材 料 等 智 能 材 料具 有 集 传 感与执行于一体 、易于控制等优点 , 因而在微小型水 下仿生机器人驱动机构的设计中得到广泛应用 。研 究功耗低 、输出功率大 、控制性能好的新型智能材料 驱动器将成为未来微小型水下仿生机器人研究的关 键问题 。 2.3 控制技术研究
日本的郭书祥等人研制出导电离子聚合物材料 驱动的微型机器鱼[ 5] 和仿 生水母 [ 6] 。 微 型机器鱼 模仿鱼类的游动原理 , 外形类似小船 , 长 40 mm, 宽 10 mm, 厚 2 mm, 具有一对驱动翼 , 由脉冲电压驱动 而产生推进力 。实验结果表明 , 通过改变脉冲电压 的频率 , 可以改变机器鱼在水中的游动速度 。 仿生 水母宽 42 mm, 高 68 mm。 能在低电压 (约 1 V)的 驱动下低 速 、缓慢的在 水中游动 。 日本的 Kentaro 等人研制出离子聚合物复合材料 (IPMC)驱动的仿
基于仿生机器鱼技术的水下机器人研究
基于仿生机器鱼技术的水下机器人研究水下机器人的研究和发展一直是科技界关注的焦点之一。
随着科技水平的不断提高和新技术的不断涌现，人们对水下机器人的期望也越来越高。
近年来，随着仿生机器鱼技术的发展，水下机器人领域迎来了一次新的变革。
一、仿生机器鱼技术的原理及应用仿生机器鱼研究的原理是基于鱼类的生物学特性，将其应用于机器人的设计和制造中。
仿生机器鱼能够根据自己的运动状态、环境变化等因素进行相应的调整和控制，从而达到一定的适应性、灵活性和智能化。
仿生机器鱼技术的应用领域非常广泛，包括水下探测、海洋环境监测、水下作业、深海勘探等方面。
与传统的水下机器人相比，仿生机器鱼具有更好的机动性、航行性和自适应性，能够在复杂的海底环境中执行各种任务。
二、水下机器人的研究现状及发展趋势当前，水下机器人在海洋勘探、海洋科学研究、海底资源开发等领域得到了广泛的应用。
在这些领域中，水下机器人需要具备高精度、高效率、高可靠性等特点，能够完成各种复杂的任务。
针对这些需求，科技界开展了大量的研究工作，涉及到机器人的机械结构、智能控制、材料制备等多个方面。
同时，仿生机器鱼技术的不断发展为水下机器人的研究提供了一种全新的思路和方法。
未来，水下机器人将会越来越普及和应用，随着人工智能、物联网等新技术的发展，水下机器人将具备更高的智能化和自主性，能够在更多的领域中发挥出更大的作用。
三、基于仿生机器鱼技术的水下机器人研究案例近年来，国内外的许多研究机构和企业都在开展基于仿生机器鱼技术的水下机器人研究工作。
以下是几个典型的研究案例：1. 「北京航空航天大学仿生机器人实验室」的仿生机器鱼北京航空航天大学仿生机器人实验室研制的仿生机器鱼外形逼真，能够实现自主控制、路径规划和障碍物避免等功能。
该机器鱼的研发对于提高水下机器人的智能性和机动性具有重要意义。
2. 日本东京大学研究组的多关节仿生机器鱼东京大学研究组设计的多关节仿生机器鱼由多个模块组成，能够实现自主航行、鱼群协作等功能。
仿生机器人在水下作业中的表现如何
仿生机器人在水下作业中的表现如何在当今科技飞速发展的时代，仿生机器人作为一种创新的技术成果，正逐渐在各个领域展现出其独特的价值和潜力。
其中，水下作业领域便是仿生机器人大显身手的重要舞台之一。
那么，仿生机器人在水下作业中的表现究竟如何呢？首先，让我们来了解一下什么是仿生机器人。
仿生机器人就是模仿生物的形态、结构和功能而设计制造的机器人。
它们通常具有类似生物的运动方式、感知能力和适应环境的特性。
在水下作业中，这些特点赋予了仿生机器人诸多优势。
其一，仿生机器人的运动性能出色。
例如，模仿鱼类身体结构和游动方式的仿生机器人，能够在水下灵活穿梭，轻松应对水流的变化和复杂的水下环境。
相比传统的水下作业设备，它们的机动性更强，能够到达一些狭窄、难以触及的区域，大大拓展了水下作业的范围。
其二，仿生机器人在感知能力方面表现优异。
它们配备了先进的传感器，能够像生物一样敏锐地感知水下的光线、声音、压力和化学物质等信息。
这使得它们能够准确地探测水下目标，收集各种数据，并及时做出反应。
比如，一些仿生机器人可以通过感知水流的变化来判断周围环境的情况，避免碰撞和危险。
再者，仿生机器人具有出色的适应能力。
水下环境复杂多变，水压、温度、盐度等因素都会对设备产生影响。
而仿生机器人经过精心设计，其材料和结构能够承受较大的水压，具备良好的防水性能和耐腐蚀能力。
这使得它们能够在深海等极端环境中长时间稳定工作。
然而，尽管仿生机器人在水下作业中具有诸多优势，但也面临着一些挑战和问题。
首先是能源供应的限制。
在水下长时间作业需要稳定而充足的能源支持，但目前的电池技术在能量密度和续航能力方面仍存在一定的局限性。
这可能导致仿生机器人的作业时间受到限制，需要频繁返回进行充电或更换能源模块。
其次是通信问题。
水下环境对信号的传输造成很大的阻碍，使得仿生机器人与控制中心之间的通信变得困难。
这可能会影响实时控制和数据传输的效率，甚至在某些情况下导致机器人失去控制。
养鱼神器！前景广阔的渔业机器人——中国农业大学国家数字渔业创新中心巡礼之三
17专题报道Special Coverage养鱼神器！前景广阔的渔业机器人——中国农业大学国家数字渔业创新中心巡礼之三本刊记者 温 靖，朱逸铭，郭 黎在中国农业大学国家数字渔业创新中心的院子里，支着一座五十多平方米的地上池塘，研究人员正围着水池观察一条自如游走的“鱼”。
走近观察，你会发现这是一条有着鱼类标准外形的机器仿真鱼。
池边的研究人员正在电脑上输入着指令，机器仿真鱼便迅速地作出了反应，在水中敏捷潜行，或停留悬浮。
鱼头部的摄像机以及鱼身上的传感器会将水中的各项相关数据传送到电脑终端。
在机器鱼的帮助下，研究人员对水池里的温度、浊度、溶氧量等环境因子了如指掌。
这就是数字渔业创新中心研发的新型渔业机器人。
“我们渔业机器人与智能装备实验室，主要从事渔业机器人研究设计与开发。
” 中国农业大学国家数字渔业创新中心位耀光教授告诉记者，实验室自成立以来已经研发出三类渔业机器人，基本涵盖了目前水产养殖不同的应用场景：水质巡检、生物量估算、网箱巡检及清洗、水下抓取等。
传统的渔业水下观测需要潜水员潜入水中作业。
在水深大于20米时，潜水员容易出现胸闷、头晕等不适症状，长此以往有罹患减压病的风险。
目前常用的环境监测方法为浮标在线监测法，它仅能测定有限固定点的水质参数，不便对水体进行三维空间上的动态监测，对鱼类的数量行为观测能力非常有限。
使用渔业机器人则可有效解决此问题，通过运动控制系统和拍摄等感知系统，可以实现探测、预警、打捞、娱乐等功能。
目前，渔业机器人代替或辅助人类进行海底作业，已成为帮助人类开发海洋的重要工具。
水下巡检机器人中国农业大学国家数字渔业创新中心最早设计的是一种框架式的机器人，也是目前国际上比较流行的遥控式水下机器人，英文简称“ROV”（图1）。
这种机器人由多种系统集成构建：航姿参考系统可以为ROV 提供准确可靠的姿态与航行信息；水下相机用于实时获取图像信息；多普勒计程仪测量并记录 ROV 水下速度，用于水下辅助导航系统；脐带缆可以将动力、控制信号传递给ROV，同时接收返回的图像信息；推进系统提供前进动力；深度传感器获取当前的深度信息。
水下仿生机器人CPG控制方法研究现状综述
Ｋ ｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ： ｂ ｉ ｏ ｍ ｉ ｍ ｅ ｔ ｉ ｃ ｕ ｎ ｄ ｅ ｗａ ｒ ｔ ｅ ｒ ｒ ｏ ｂ ｏ ｔ ； ｍｏ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ； ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｌ ｐ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｎ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ （ Ｃ Ｐ Ｇ）
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中图分类号 ： Ｔ Ｐ ２ ４ ２ 文献标 志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ４ — ７ ０ １ ８ （ ２ ０ １ ７） １ １ — ０ ０ ７ ２ — ０ ６
Ａ Ｓ ｕｒ ｖ ｅ ｙ ｏ ｎ ＣＰＧ Ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｏ ｆ Ｔｈｅ Ｂｉ ｏ ｍｉ ｍｅ ｔ ｉ ｃ Ｕｎｄｅ ｒ Ｗａ ｔ ｅ ｒ Ｒｏ ｂｏ ｔ ｓ Ⅳ 一 ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ， ＷＡＮＧ 一 ｗｅ ｉ ， Ⅳ Ｂｏ — ｗｅ ｎ， ＺＨＡＯ Ｄｏ ｎ ｇ— ｂ ｉ ａ ｏ
：化、 自然选 择 ， 能 够适 应 时刻 变 化 的水 下 环 境 ， 具 有 优异 的水 下 运动 能力 进行 各项 生命 活 动 。随着人 类
不 能很 好 的适 应水 下非 结构化 的工作 环境 。正弦控
制 器 。 是水 下仿 生机 器人 运 动 控 制方 法 中常 用 的
一
种 控制 方法 。因为 大多数 鱼类 的身体 或鳍 的推 进
仿真机器人简介
仿真平台的结构
显示模 块
客户 端 机器鱼策 略 机器鱼策 略 机器鱼策 略
。。。。 。。
辅助模 块
服务器 端 核心控制 模块 公共接口 模块 客户 端 机器鱼策 略 机器鱼策 略 机器鱼策 略
。。。。 。。
环境设置 模块
运动学建 模 TCP/IP Dll Windo ws TCP/IP Dll
Windo ws
针对目前水下仿生机器鱼和水中机器人比赛研发中遇到的困难水中机器人比赛2d仿真平台提供一种真实的仿生机器鱼水球比赛实时仿真系统真实地模拟水下仿生机器鱼各个关节的位姿变化运动状态变化情况及机器鱼水球比赛运行状况能更好地测试水下仿生机器鱼各种运动学理论水波扰动理论碰撞理论运动策略算法等水下仿生机器鱼体系结构从而更好地对水下仿生机器鱼结构系统及控制策略系统进行改进同时降低了研发成本使更多的人加入到研发队伍中来更好地促进水下机器人技术的发展
URWPGSim2D的主要作用是作为水中机器人竞赛 平台和水中机器人科研平台，要求方便开展竞赛和实 验项目，方便独立编写竞赛和实验项目的策略算法。 URWPGSim2D包括服务端(URWPGSim2DServer) 和客户端(URWPGSim2DClient)两部分。服务端模拟水 中环境，控制和呈现仿真过程及结果，向客户端发送 实时仿真环境和过程信息，半分布式客户端模拟水中 机器人队伍，加载比赛或实验策略，完成决策计算过 程，向服务端发送决策结果。
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水下仿生机器人的应用
• 军用方面：战时侦察，收集情报，探雷与灭雷，
潜艇战与反潜战，作为诱饵干扰敌方等，同时也 可以作为高性能的智能化器或武器平台，直接用 于袭击和破坏敌方的港口、水下侦察系统、舰船、 海上平台、破坏敌方海上运输线等。
美国“水下龙虾”机器人Fra bibliotek查看海水变化，定位并排除水雷。
水下仿生机器人的应用
水下仿生机器人研究背景
• ★ 人类发展对资源的需求 • ★海洋里丰富的自然资源亟待开发 • ★鱼类游动机理特点
水下仿生机器人的应用
高效的推进性能、良好的隐身性能和操纵性能
外形极像水母的仿生机器人
仿生机器鱼
水下仿生机器人的应用
• 民用方面：海洋环境研究、海洋资源探测 和开发、海洋援潜救生等
仿生机器人在医疗方面的应用
美国海军的涡量控制水下无人载器
水下仿生机器人的应用
德国费斯托工程公司研制的小型仿生机器人
仿生水下机器人的应用前景示意图
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水下仿生机器人研究 现状及发展趋势
水下仿生机器人
• ★概念及研究背景 • ★水下仿生机器人的应用
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水下仿生机器人概念
• 水下机器人是一种可在水下移动、具有视觉和感 知系统、通过遥控或自主操作方式、使用机械手 或其他工具代替或辅助人去完成水下作业任务的 装置。
机 器 鱼
机器鱼“自由泳” “过龙门” 在水中“戏球 ” 自主地避开障碍物