海面移动机器人自主回收仿生捕获与变刚度镇定控制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61903243
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0309.机器人学与智能系统
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The autonomous recovery technology is the key to the successful operation of sea surface mobile robot (SSMR). At present, the related research at home and abroad has just begun, and most of which are lingering at the conceptual design stage. Aiming to solve this problem, the applicant has developed an autonomous recovery system based on an Omni-directional floating bracket in previous study. It was found that after the SSMR entered the bracket, the violent relative movement between the bracket and the SSMR occurs due to the interference of wind and waves. Therefore, it is urgent to study the capture method with large misalignment tolerance, high precision and high efficiency, to realize accurate capture of dynamic targets. Moreover, the capture method can reduce the relative movement amplitude of the SSMR and the recovery device for convenient locking by active control. This research is the continuation and further development of our earlier work, which is attempted to find possible solutions to the critical scientific problems of “flexible capture mechanism of dynamic target under complex sea conditions” and “direct disturbance suppression mechanism based on dynamic stiffness adjustment”, by developing snake-like soft capture device based on pneumatic artificial muscle, studying the dynamic target capture strategy based on spatio-temporal context, and studying the active variable stiffness stabilization control method of snake-like manipulator. As an international frontier research, this project originates from the country's major strategic needs, and is expected to achieve the breakthroughs and innovations in a number of technologies. The project has a considerable academic value and a broad prospect of application in the field of marine science and engineering.
自主回收技术是海面移动机器人能否成功运行的关键。目前国内外相关研究刚刚开始,大多停留在概念设计阶段。针对这一问题,申请人前期研制了一套全方位浮动托架式海面移动机器人自主回收系统,发现在机器人驶入托架后,由于风浪涌流的干扰会发生剧烈的相对运动,迫切需要一种大容差、高精度、高效率的捕获方法实现动态目标精准捕获,并在捕获后通过主动控制减小海面机器人与回收装置的相对运动幅度以方便锁定。本项目是对前期工作的进一步深化,拟通过基于气动人工肌肉的仿蛇软体捕获装置设计、基于时空上下文的动态目标捕获策略研究、蛇形机械臂主动变刚度镇定控制方法研究,解决“复杂海况下动态目标柔性捕获机理”和“基于动态刚度调节的直接扰动抑制机制”两个关键科学问题。本项目源于国家重大战略需求,属于国际前沿研究,有望取得多项技术的突破和创新,具有重要的学术价值,在海洋科学与工程领域的应用前景广阔。

结项摘要

美国国防部发布的《无人系统2013-2038年路线图》列出了未来无人艇应用的七大关键技术,其中布放回收技术是无人水面艇能否成功运行的关键。当前使用的无人水面艇布放回收技术,大多是以搭载在大型舰艇上的刚性充气艇为基础发展而来,适用于低航速、低海况情形,需要人力参与(如操纵起重机、挂接无人艇等),效率低、危险性大。目前,无人艇的自主布放回收技术还属于世界性的难题,尚没有成熟的技术能够应用,可以借鉴的技术也有限,其难点在于,在风浪涌流的干扰下无人艇与回收装置会发生剧烈的相对运动,迫切需要一种大容错、高精度、高效率的捕获方法实现动态目标精准捕获,并在捕获后通过主动控制减小无人艇与回收装置的相对运动幅度以避免碰撞。针对这一问题,本项目围绕基于气动人工肌肉的仿蛇软体捕获装置设计、基于时空上下文的动态目标捕获策略研究、蛇形机械臂主动变刚度镇定控制方法研究三个主要内容开展研究,解决了“复杂海况下动态目标柔性捕获机理”和“基于动态刚度调节的直接扰动抑制机制”两个关键科学问题。基于上述研究成果,研制了抛射式、浮动托架式、充气托架式三套自主布放回收装备,实现了复杂海况下三吨级无人艇的自主布放回收作业,回收时间小于20分钟,成功率大于80%。部分系统已经完成定型设计,随“精海”系列无人艇实现了业务化运行。相关成果已发表 SCI 论文8篇,授权国家发明专利3项。本项目源于国家重大战略需求,属于国际前沿研究,有望取得多项技术的突破和创新,具有重要的学术价值,在海洋科学与工程领域的应用前景广阔。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(6)
An Attitude Prediction Method for Autonomous Recovery Operation of Unmanned Surface Vehicle.
无人水面艇自主恢复作业的姿态预测方法
  • DOI:
    10.3390/s20195662
  • 发表时间:
    2020-10-03
  • 期刊:
    Sensors (Basel, Switzerland)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yang Y;Pan P;Jiang X;Zheng S;Zhao Y;Yang Y;Zhong S;Peng Y
  • 通讯作者:
    Peng Y
A contraction length feedback method for the McKibben pneumatic artificial muscle
McKibben气动人工肌肉收缩长度反馈方法
  • DOI:
    10.1016/j.sna.2021.113321
  • 发表时间:
    2022-02-01
  • 期刊:
    SENSORS AND ACTUATORS A-PHYSICAL
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Zhong, Songyi;Gai, Ziyi;Peng, Yan
  • 通讯作者:
    Peng, Yan
Iterative Learning-Based Path and Speed Profile Optimization for an Unmanned Surface Vehicle
基于迭代学习的无人地面车辆路径和速度曲线优化
  • DOI:
    10.3390/s20020439
  • 发表时间:
    2020-01
  • 期刊:
    Sensors
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Yang Yang;Quan Li;Junnan Zhang;Yangmin Xie
  • 通讯作者:
    Yangmin Xie
Oscillation suppression in a particle robotic arm by stiffness and damping regulation
通过刚度和阻尼调节抑制粒子机械臂的振动
  • DOI:
    10.1016/j.mechatronics.2022.102819
  • 发表时间:
    2022-08
  • 期刊:
    Mechatronics
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Yang Yang;Yuyan Qi;Ping Pan;Yongjian Zhao;Songyi Zhong;Yi Yang
  • 通讯作者:
    Yi Yang
A Light Soft Manipulator With Continuously Controllable Stiffness Actuated by a Thin McKibben Pneumatic Artificial Muscle
由薄型 McKibben 气动人造肌肉驱动的具有连续可控刚度的轻柔机械手
  • DOI:
    10.1109/tmech.2020.2993017
  • 发表时间:
    2020-08-01
  • 期刊:
    IEEE-ASME TRANSACTIONS ON MECHATRONICS
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Liu, Yonggan;Yang, Yang;Pu, Huayan
  • 通讯作者:
    Pu, Huayan

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其他文献

考虑碳税政策的物流企业低碳行为演化研究
  • DOI:
    10.13637/j.issn.1009-6094.2020.0790
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    安全与环境学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨扬;徐新扬
  • 通讯作者:
    徐新扬
"双碳"战略背景下农业与农村减排技术路径分析
  • DOI:
    10.12357/cjea.20210599
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    中国生态农业学报(中英版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谢立勇;杨育蓉;赵洪亮;郭李萍;靳泽群;杨扬;何雨桐
  • 通讯作者:
    何雨桐
家具制造业与生产性服务业耦合协调度研究
  • DOI:
    10.16832/j.cnki.1005-9709.2017.01.013
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    林业经济问题
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李英;刘广丹;赵越;杨扬
  • 通讯作者:
    杨扬
On the Contrasting Decadal Changes of Diurnal SurfaceTemperature Range between the Tibetan Plateau and Southeastern China during1980s–2000s
20世纪80年代—2000年代青藏高原与中国东南部地表气温年代际变化对比
  • DOI:
    10.1007/s00376-016-6077-z
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Advances in Atmospheric Sciences
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    杨扬;任荣彩
  • 通讯作者:
    任荣彩
火灾恢复年限对大兴安岭森林乔灌草多样性及优势种影响
  • DOI:
    10.7525/j.issn.1673-5102.2019.04.005
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    植物研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨扬;张喜亭;肖路;杨艳波;王可;杜红居;张建宇;王文杰
  • 通讯作者:
    王文杰

其他文献

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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

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          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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