面向跃水运动的仿生机器海豚的基础研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61375102
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    82.0万
  • 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:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

The fundamental locomotion principle, control mechanisms and biological inspiration of dolphin leaping are frontier topics to be explored in depth. Inspired by the biological fact that dolphins rely on the coordination of multiple control surfaces and can further extract or release energy from shredded trails at the right time for efficient yet flexible swimming, this proposal aims at the bio-inspired mechanism design and locomotion control of a leaping-oriented, body-caudal-fin-flippers propelled robotic dolphin. The main research contents are listed as follows. First, the speed and maneuverability-related characteristic parameters underlying dolphin leaping will be extracted and their relationships will then be identified. Second, a simplified propulsive model for the body-caudal-fin-flippers coordinated propulsion will be established, and the basic mechanical principles of coordinated propulsion with multiple control surfaces will be illustrated. Third, a novel adjustable Scotch yoke mechanism and multi-DOF accessory fin mechanisms as well as their optimization will be tackled as a whole, followed by the development of a new robotic dolphin prototype. At last, an integrative leaping control method based on the multiple control surfaces coordination will be proposed so as to form a control architecture containing speediness, maneuverability, and operability. Therefore, the bottleneck of leaping motion for robotic dolphin will ultimately be broken and a full leaping will be achieved. The scientific significance of this proposal is to offer a new theoretical basis and technical approach to improve the speed and maneuverability of biomimetic AUVs via biomimetic and robotic technologies applied to exploring leaping mechanism in dolphins.
海豚跃水运动背后蕴含的运动机理、控制机制及仿生启示是有待深入探索的前沿课题。受“海豚依靠多个控制面的协调,能在恰当时机从尾迹区提取或释放能量以实现高效且灵活的推进”这一生物事实的启发,本项目针对一种面向跃水运动的身体-尾叶-鳍肢协同推进的机器海豚的机构设计和控制问题开展研究。主要研究内容包括:探讨跃水运动中与速度和机动性相关的特征参量并阐明参量间的相互关系;建立海豚身体-尾叶-鳍肢协同推进的简化模型,初步揭示多控制面协同推进的力学原理;研究新型可调幅背腹式运动机构和多自由度附鳍机构的一体化设计方法及优化,研制开发原型样机;在此基础上,构建集快速性、机动性、操纵性于一体的控制框架,给出多控制面协同推进的跃水控制方法,进而突破跃水运动的技术瓶颈,实现机器海豚完全跃出水面。本项目的科学意义在于通过仿生和机器人技术来探索海豚的跃水机制,为提高水下航行器的速度和机动性提供重要的理论和技术支撑。

结项摘要

海豚跃水运动背后蕴含的运动机理、控制机制及仿生启示是有待深入探索的前沿课题。受“海豚依靠多个控制面的协调,能在恰当时机从尾迹区提取或释放能量以实现高效且灵活的推进”这一生物事实的启发,本项目针对一种面向跃水运动的身体-尾叶-鳍肢协同推进的机器海豚的机构设计和控制问题开展研究。主要研究内容包括:探讨跃水运动中与速度和机动性相关的特征参量并阐明参量间的相互关系;建立海豚身体-尾叶-鳍肢协同推进的简化模型,初步揭示多控制面协同推进的力学原理;研究新型可调幅背腹式运动机构和多自由度附鳍机构的一体化设计方法及优化,研制开发原型样机;在此基础上,构建集快速性、机动性、操纵性于一体的控制框架,给出多控制面协同推进的跃水控制方法,进而突破跃水运动的技术瓶颈,完整复现了“出水-空中滑行-再入水”这一生物海豚的跃水过程。本项目的科学意义在于通过仿生和机器人技术来探索海豚的跃水机制,为提高水下航行器的速度和机动性提供重要的理论和技术支撑。

项目成果

期刊论文数量(24)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(20)
专利数量(6)
Towards an Esox lucius inspired multimodal robotic fish
迈向受 Esox lucius 启发的多模式机器鱼
  • DOI:
    10.1007/s11432-014-5202-9
  • 发表时间:
    2015-05
  • 期刊:
    Science China Information Sciences
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhengxing Wu;Junzhi Yu;Zongshuai Su;Min Tan;Zhenlong Li
  • 通讯作者:
    Zhenlong Li
Precise planar motion measurement of a swimming multi-joint robotic fish
游泳多关节机器鱼的精确平面运动测量
  • DOI:
    10.1007/s11432-015-5497-1
  • 发表时间:
    2016-08
  • 期刊:
    SCIENCE CHINA Information Sciences
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Jun Yuan;Junzhi Yu;Zhengxing Wu;Min Tan
  • 通讯作者:
    Min Tan
Tracking control for a biomimietic robotic fish guided by active vision
主动视觉引导仿生机器鱼的跟踪控制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    International Journal of Robotics and Automation
  • 影响因子:
    0.9
  • 作者:
    Feihu Sun;Junzhi Yu;Peng Zhao;De Xu
  • 通讯作者:
    De Xu
An Inertial Projection Neural Network for Solving Variational Inequalities
用于求解变分不等式的惯性投影神经网络
  • DOI:
    10.1109/tcyb.2016.2523541
  • 发表时间:
    2017-03
  • 期刊:
    Ieee Transactions ON Cybernetics
  • 影响因子:
    11.8
  • 作者:
    He Xing;Huang Tingwen;Yu Junzhi;Li Chu;ong;Li Chaojie
  • 通讯作者:
    Li Chaojie
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

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其他文献

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  • 通讯作者:
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    2020
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    --
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    喻俊志
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多自主水下机器人系统研究进展与分析
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    --
  • 作者:
    喻俊志;周子烨;刘金存
  • 通讯作者:
    刘金存

其他文献

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喻俊志的其他基金

服务机器人广域环境感知和场景认知理论及应用
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    面上项目

相似国自然基金

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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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