水下仿生航行器高效高机动运动的基础理论与关键技术

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61333016
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    310.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0306.自动化检测技术与装置
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2018-12-31

项目摘要

The propulsion requirements of underwater vehicle are often attributed to high efficiency and high maneuverability. With inspiration from highly efficient and maneuverable fish swimming, this proposal aims at establishing an integrative underwater propulsion platform incorporating mechanism biomimicry, motion biomimicry and control biomimicry, and at investigating the basic theory and key technologies of high-efficiency and high-maneuverability of fish swimming. The main research topics are listed as follows. Firstly, we will investigate the kinematic and dynamic features of typical high-maneuvers and establish an integrative control model. Then compliant drive mechanism for tail-fin-thruster will be explored and the interaction between active drive and compliant underactuation will be revealed. We also explore the gait generation, optimization and precise control of various maneuvers so as to obtain a precise control method with a certain anti-perturbation ability. After this, a variety of imitation fins (involving multi-DOF pectoral fins folded anal fin/dorsal fin, rotating tail fin) as well as an efficient and compliant caudal-fin-thruster will be designed and realized. At last, different biomimetic robotic fish prototypes with different propulsion configurations will be developed by through the integration of the unit bionic technology; a well-integrated experimental platform to validate the proposed theory and methods will be ultimately built. The outcome of the proposal will not only deepen and enhance the understanding of the biomechanics of fish swimming, but also provide important theoretical and technical support for designing and controlling highly efficient and maneuverable underwater vehicles.
水下航行器对推进技术的需求通常归结为对效率、机动性的要求。受鱼类高效、高机动运动的启发,本项目拟构建一个集机构仿生、运动仿生、控制仿生于一体的水下仿生推进平台,深入研究高效、高机动仿鱼运动的基础理论与关键技术。主要研究工作包括:研究高机动运动的运动学及动力学特性,建立高机动运动控制模型;研究尾鳍高效推进的柔性驱动机理,初步揭示主动驱动和柔顺欠驱动的相互作用机制;探讨高机动游动模态生成、优化及精准控制,给出具有一定自抗扰能力的精准机动控制方法;研究多种仿鳍(包括多自由度胸鳍、折叠臀鳍/背鳍、可旋转尾鳍等)推进机构及高效柔性尾鳍推进器的设计与实现;在此基础上,通过单元仿生技术的集成,研制开发具有不同推进配置的仿生机器鱼原型样机,搭建一体化实验平台,对所提理论和方法进行验证。本项目研究成果不仅可以增进对鱼类游动生物力学的认识,而且为兼具效率和机动性的水下航行器设计与控制提供重要的理论和技术支撑。

结项摘要

水下航行器对推进技术的需求通常归结为对效率、机动性的要求。受鱼类高效、高机动运动的启发,本项目构建了多种集机构仿生、运动仿生、控制仿生于一体的水下仿生推进平台,深入研究了高效、高机动仿鱼运动的基础理论与关键技术。主要研究工作包括:研究了高机动运动的运动学及动力学特性,建立了高机动运动控制模型;研究了尾鳍高效推进的柔性驱动机理,揭示了主动驱动和柔顺欠驱动的相互作用机制;3D打印了仿䲟鱼吸盘机构,研究了䲟鱼的吸附机制,分析了其对鱼游效率的影响;研究了高机动游动模态生成、优化及精准控制,给出了仿鱼C形起动、S形起动、三维机动、倒游、跃水运动等精准机动控制方法;研究了多种仿鳍(包括多自由度胸鳍、折叠臀鳍/背鳍等)推进机构及高效柔性尾鳍推进器的设计与实现;在此基础上,研制开发了四种具有不同推进配置的仿生机器鱼原型样机,搭建了一体化实验平台,验证了所提理论和方法。本项目研究成果不仅可以增进对鱼类游动生物力学的认识,而且为兼具效率和机动性的水下航行器设计与控制提供了重要的理论和技术支撑。本项目共发表学术论文102篇,其中SCI期刊论文45篇,包括IEEE Transactions汇刊论文16篇;出版专著1部、英语图书章节1章;研究成果5次获得IEEE ROBIO、CLAWAR等国际会议最佳论文奖;申请发明专利16项,其中已授权发明专利9项;登记软件著作权5项;研究成果获得2017年国家自然科学奖二等奖。

项目成果

期刊论文数量(57)
专著数量(1)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(45)
专利数量(15)
基于连续体模型的蛇形机器人质心速度跟踪控制方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    机器人
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张丹凤;李斌;王立岩
  • 通讯作者:
    王立岩
Simultaneous arrival planning for multiple unmanned vehicles
多辆无人车同时到达规划
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    International Journal of Robotics and Automation
  • 影响因子:
    0.9
  • 作者:
    Yu Wang;Shuo Wang;Min Tan;Junzhi Yu
  • 通讯作者:
    Junzhi Yu
Kinematic comparison of forward and backward swimming and maneuvering in a self-propelled sub-carangiform robotic fish
自走式亚鲫形机器鱼前后游动及操纵的运动学比较
  • DOI:
    10.1016/s1672-6529(14)60037-8
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Journal of Bionic Engineering
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Zhengxing Wu;Junzhi Yu;Min Tan;Jianwei Zhang
  • 通讯作者:
    Jianwei Zhang
A Stiffness-Adjusting Method to Improve Thrust Efficiency of a Two-Joint Robotic Fish
一种提高二关节机器鱼推力效率的刚度调节方法
  • DOI:
    10.1155/2014/537905
  • 发表时间:
    2014-04
  • 期刊:
    Advances in Mechanical Engineering
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Xu, Dong;Zhang, Shaoguang;Wen, Li
  • 通讯作者:
    Wen, Li
模块化仿生波动长鳍水下推进去的设计与实现
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    华中科技大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王睿;王硕
  • 通讯作者:
    王硕

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其他文献

基于Bayes滤波的移动机器人定位方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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基于单率多点广播数据流的潜在瓶
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    周超
基于ADRC的仿生长鳍机器鱼航向控制方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    华中科技大学学报(自然科学版)科技大学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    魏清平;王硕;谭民;周超
  • 通讯作者:
    周超
机器人运动轨迹的模仿学习综述
  • DOI:
    10.16383/j.aas.c210033
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    自动化学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄艳龙;徐德;谭民
  • 通讯作者:
    谭民

其他文献

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谭民的其他基金

子母式水下仿生机器人系统集群协同环境感知与作业规划
  • 批准号:
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    2020
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  • 资助金额:
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  • 项目类别:
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相似国自然基金

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  • 财政年份:
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  • 项目类别:
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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