仿生机器魟鱼研制与游动性能实验研究 被引量：7

1

作者 王扬威 闫勇程 +1 位作者 刘凯 赵东标 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期106-112,共7页

为了开发一种游动稳定性和机动性高的水下机器人,从鳐科模式游动的魟鱼胸鳍波动推进中得到灵感,在分析肌肉和骨骼结构的基础上,设计带有环形长鳍的仿生机器魟鱼,研究机动游动的控制策略.研制仿生机器魟鱼样机.基于游动图像序列处理方法... 为了开发一种游动稳定性和机动性高的水下机器人,从鳐科模式游动的魟鱼胸鳍波动推进中得到灵感,在分析肌肉和骨骼结构的基础上,设计带有环形长鳍的仿生机器魟鱼,研究机动游动的控制策略.研制仿生机器魟鱼样机.基于游动图像序列处理方法,通过实验研究波动频率和幅值对游动性能的影响.结果表明,仿生样机能够实现与魟鱼相似的游动运动,游动稳定性好、机动性高,直线游动速度和原地转弯速度随波动频率和波动幅值的增大而增大,最大直线游动速度为109mm/s,最大原地转弯速度为93°/s. 展开更多

关键词 水下机器人 魟鱼 波动推进 控制策略 游动性能

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形状记忆合金丝驱动的柔性机械臂建模与实验 被引量：10

2

作者 王扬威 兰博文 +1 位作者 刘凯 赵东标 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期628-634,673,共8页

针对传统机械臂在水下特殊环境中柔性不能满足应用需求的问题,在分析章鱼腕生物学肌肉组织结构的基础上,设计形状记忆合金(SMA)丝驱动的柔性机械臂.建立柔性机械臂的力学模型、SMA丝的热力学模型和本构模型.通过实验研究不同驱动电压和... 针对传统机械臂在水下特殊环境中柔性不能满足应用需求的问题,在分析章鱼腕生物学肌肉组织结构的基础上,设计形状记忆合金(SMA)丝驱动的柔性机械臂.建立柔性机械臂的力学模型、SMA丝的热力学模型和本构模型.通过实验研究不同驱动电压和脉宽调制(PWM)方波的占空比对SMA丝电阻和柔性机械臂弯曲角度的影响.实验结果表明,柔性机械臂能够实现连续的柔性弯曲运动,最大弯曲角度为60°,驱动电压、PWM占空比、SMA电阻和柔性机械臂弯曲角度关系的实验结果与理论分析结果吻合较好. 展开更多

关键词 柔性机械臂 章鱼腕 形状记忆合金(SMA)丝 弯曲性能

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形状记忆合金丝驱动的仿生喷射推进器 被引量：9

3

作者 王扬威 王振龙 李健 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第9期33-37,共5页

为了给水下机器人提供一种高速、高效、高机动性、高隐蔽性的推进器,研制了一种采用形状记忆合金丝驱动的模仿乌贼喷射推进原理的仿生喷射推进器.对乌贼的喷射推进机理和乌贼外套膜肌肉结构进行了分析.在适当简化的基础上,模仿乌贼外套... 为了给水下机器人提供一种高速、高效、高机动性、高隐蔽性的推进器,研制了一种采用形状记忆合金丝驱动的模仿乌贼喷射推进原理的仿生喷射推进器.对乌贼的喷射推进机理和乌贼外套膜肌肉结构进行了分析.在适当简化的基础上,模仿乌贼外套膜的肌肉结构设计了记忆合金丝驱动的仿生喷射推进器结构,建立了推进器的几何模型.对推进器样机进行了初步性能实验.实验结果表明:仿生喷射推进器径向收缩均匀,能较好地模仿乌贼外套膜的柔性收缩运动,最大收缩应变8.8%,最高游速58 mm/s.该推进器结构简单,动作柔性好,游动无噪声,为研制仿生机器乌贼奠定了基础. 展开更多

关键词 水下机器人 形状记忆合金丝 乌贼 仿生喷射推进器

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一种微带天线匚型缺陷地解耦结构设计

4

作者 侯佩佩 牟健慧 +5 位作者 王书豪 王建 项鸣 张利华 王扬威 李俊杰 《无线电工程》 2025年第2期366-372,共7页

提出了一种基于蓝牙频段的微带阵列天线匚型缺陷地解耦结构设计,通过在接地板上刻蚀一个匚字型的槽结构,使天线阵列获得高隔离度并显著减少阵元间的相互耦合。含匚型缺陷地解耦结构的微带天线由2个尺寸为29.2 mm×29.2 mm的正方形... 提出了一种基于蓝牙频段的微带阵列天线匚型缺陷地解耦结构设计,通过在接地板上刻蚀一个匚字型的槽结构,使天线阵列获得高隔离度并显著减少阵元间的相互耦合。含匚型缺陷地解耦结构的微带天线由2个尺寸为29.2 mm×29.2 mm的正方形贴片构成,基板厚度为1.6 mm,具有结构简单、尺寸小、质量轻等优点。利用HFSS仿真软件实现了含匚型缺陷地解耦结构微带天线阵列的分析过程。仿真结果显示,所提解耦结构使天线降低了-75 dB的互耦合,改善了天线的高隔离度,同时保证了贴片天线在既定的工作频段(2.4~2.48 GHz)基本不变,相比于不加解耦结构的微带天线主辐射增益提高了0.3 dB。所提解耦结构通过调整贴片天线的表面电流分布使其产生带阻特性,从而获得所需的辐射和解耦性能,使主辐射方向图得到显著改善,可广泛应用于无线通信系统。 展开更多

关键词 微带阵列天线 缺陷地解耦结构 互耦抑制 隔离度提升

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肌肉性静水骨骼原理的仿乌贼鳍推进器 被引量：8

5

作者 杭观荣 王振龙 +1 位作者 王扬威 李健 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第11期59-64,共6页

模拟乌贼鳍动作的肌肉性静水骨骼原理的仿乌贼鳍推进器由推进模块、遥控模块、驱动模块和电池组等几部分组成.推进模块由2个水平鳍构成,每个水平鳍由1张鳍膜和5个由形状记忆合金丝驱动的柔性鳍单元组合而成.柔性鳍单元模拟乌贼鳍结构,... 模拟乌贼鳍动作的肌肉性静水骨骼原理的仿乌贼鳍推进器由推进模块、遥控模块、驱动模块和电池组等几部分组成.推进模块由2个水平鳍构成,每个水平鳍由1张鳍膜和5个由形状记忆合金丝驱动的柔性鳍单元组合而成.柔性鳍单元模拟乌贼鳍结构,能实现柔性弯曲.柔性鳍单元动作过程中利用弹性机制,在弯曲时存储弹性能,在回复时释放弹性能,从而减少能量消耗.对柔性鳍单元的形状记忆合金丝进行了热力学分析,发现采用短脉宽、大电流的脉冲可使柔性鳍单元在较高动作频率时,达到较大的弯曲角度.在空气中和水中对柔性鳍单元进行了弯曲试验,验证了柔性鳍单元的设想和控制方法.对该推进器模仿短鳍乌贼的鳍拍动进行了游动试验,达到了40mm/s的最大直线游动速度和22(°)/s的最大打转游动速度.该推进器对环境友好,能实现柔性动作和水下无声推进. 展开更多

关键词 仿乌贼鳍推进器 柔性鳍单元 形状记忆合金丝 肌肉性静水骨骼 弹性机制

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基于Hopf振荡器的仿生机器魟鱼胸鳍波形控制算法 被引量：1

6

作者 王扬威 范增 +1 位作者 赵东标 刘凯 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期1354-1362,共9页

为了获得与生物魟鱼胸鳍相近的推进波形和游动性能,提出基于Hopf振荡器的仿生中枢模式发生器(CPG)胸鳍波形控制策略.针对仿生机器魟鱼的结构与游动特征,利用20个Hopf振荡器耦合构建中心式CPG拓扑网络模型;通过输入参数幅值、频率和波数... 为了获得与生物魟鱼胸鳍相近的推进波形和游动性能,提出基于Hopf振荡器的仿生中枢模式发生器(CPG)胸鳍波形控制策略.针对仿生机器魟鱼的结构与游动特征,利用20个Hopf振荡器耦合构建中心式CPG拓扑网络模型;通过输入参数幅值、频率和波数,控制该拓扑网络模型输出仿生机器魟鱼定常巡游、加速游动和机动转弯3种游动模式下胸鳍波形的动态位置信号.通过仿真验证了该拓扑网络模型能够快速响应输入参数的变化,稳定输出平滑、连续的动态位置信号.通过试验研究该拓扑网络模型控制仿生机器魟鱼胸鳍波动的可行性以及网络的输入参数对仿生机器魟鱼游动性能的影响.试验结果表明,该模型能够稳定地输出耦合的波形信号,控制仿生机器魟鱼鳍面形成与生物鱼相似的推进波形,实现各游动模式以及各游动模式间灵活平滑地切换. 展开更多

关键词 仿生机器鱼 胸鳍 Hopf振荡器 中枢模式发生器(CPG)

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滚摆运动的研究 被引量：3

7

作者 周艳丽 王扬威 +1 位作者 王超 陈英才 《物理实验》 2013年第9期34-36,40,共4页

从实验和理论上研究了滚摆的运动,得到了滚摆滚动最大高度和滚动时间随滚动次数的变化关系.揭示了空气阻力及摆线间摩擦力等因素对滚摆运动的影响及其引起的系统机械能损失.

关键词 滚摆 刚体运动 机械能 运动方程

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乌贼喷射过程的数值模拟

8

作者 李健 王振龙 王扬威 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第1期62-67,共6页

为了研究乌贼喷水过程中的流场状态,为仿生乌贼机器人的研究提供理论基础,用CFD软件对乌贼的喷水过程进行了数值模拟.建立了简化的乌贼身体模型,用动网格技术模拟外套膜的收缩动作,对其二维轴对称、不可压缩、层流时的瞬态Navier-Stoke... 为了研究乌贼喷水过程中的流场状态,为仿生乌贼机器人的研究提供理论基础,用CFD软件对乌贼的喷水过程进行了数值模拟.建立了简化的乌贼身体模型,用动网格技术模拟外套膜的收缩动作,对其二维轴对称、不可压缩、层流时的瞬态Navier-Stokes方程进行数值求解,仿真不同的外套膜收缩速度及不同直径喷嘴喷射后涡流环的形成发展过程,验证临界涡流环的存在条件为涡流环形成数为4,同时还对喷射过程中所受到的推进力进行了相应的对比计算.结果表明,该计算模型能较好反映乌贼喷射过程,数值模拟结果与文献中实验结果基本吻合. 展开更多

关键词 乌贼 数值模拟 喷射推进 动网格 涡流环

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关乎存在的艺术——试析影视剧“现实主义”创作的生命力

9

作者 王扬威 《大连大学学报》 2016年第5期99-102,共4页

现实主义特色的影视剧作为当今戏剧的主要表现形式之一,其创作内容重在关注当下的社会问题和现实矛盾。随着众多写实影视佳作的播映,影视剧中所流露出的深刻质朴的现实主义态度已逐渐被社会砥柱人群所认可。与此同时,在作品众多且风格... 现实主义特色的影视剧作为当今戏剧的主要表现形式之一,其创作内容重在关注当下的社会问题和现实矛盾。随着众多写实影视佳作的播映,影视剧中所流露出的深刻质朴的现实主义态度已逐渐被社会砥柱人群所认可。与此同时,在作品众多且风格迥异的影视剧领域,厚重、尖锐的现实主义创作方式亦成为艺术学界所关注的核心问题。本文通过对影视剧现实主义创作特征的案例分析以及对写实作品在创作过程中的社会深度等问题进行探讨,意在概括说明现实主义影视剧创作具有持续生命力的原因。 展开更多

关键词 影视剧 现实主义创作 社会矛盾 生活体验

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仿生机器鱼胸鳍波动与摆动融合推进机制建模及实验研究 被引量：5

10

作者 范增 王扬威 +1 位作者 刘凯 赵东标 《水下无人系统学报》 北大核心 2019年第2期166-173,共8页

为研制出高性能仿生水下推进器,文中以魟鱼为仿生原型,并借鉴摆动模式鱼类推进机制,提出了一种胸鳍波动与摆动融合推进机制的新型推进方式。设计了仿生机器鱼的机械结构与控制系统,建立了融合胸鳍波动与摆动推进机制的动力学模型,在理... 为研制出高性能仿生水下推进器,文中以魟鱼为仿生原型,并借鉴摆动模式鱼类推进机制,提出了一种胸鳍波动与摆动融合推进机制的新型推进方式。设计了仿生机器鱼的机械结构与控制系统,建立了融合胸鳍波动与摆动推进机制的动力学模型,在理论分析的基础上,实验研究了平均推进力和游动速度与摆动胸鳍面积和频率、幅值等运动参数之间的关系。研究结果表明,理论计算值与实验结果的变化趋势相同,仿生机器鱼的平均推进力与平均游动速度随摆动胸鳍面积增大而先增大后减小,随频率、幅值的增大呈线性递增关系,最大平均推进力达2.8 N,最大游速达121 mm/s。文中所做研究可为改善机器鱼的游动性能提供参考。 展开更多

关键词 仿生机器鱼 融合推进机制 波动与摆动 胸鳍 动力学模型

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基于草莓轮廓曲线的单指软体采摘抓手设计与优化 被引量：6

11

作者 李健 戴楚彦 +2 位作者 王扬威 郭艳玲 查富生 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期1088-1096,1134,共10页

针对草莓采摘过程中的无损抓取作业需求,改进传统三指软体抓手的结构,基于草莓外部轮廓曲线设计新型单指软体抓手.基于Abaqus仿真软件对单指抓手完成结构优化,提升弯曲性能,实现软体抓手的完整包裹效果.改进制造工艺,有效提升单指抓手... 针对草莓采摘过程中的无损抓取作业需求,改进传统三指软体抓手的结构,基于草莓外部轮廓曲线设计新型单指软体抓手.基于Abaqus仿真软件对单指抓手完成结构优化,提升弯曲性能,实现软体抓手的完整包裹效果.改进制造工艺,有效提升单指抓手的重复使用率和安全性.利用高速摄像机和动态捕捉技术,分析单指抓手上下端面的弯曲变形规律.测试草莓表面的最小破坏应力和单指抓手的末端力,验证了无损抓取的可行性.将单指抓手安装在机械臂上进行草莓抓取测试,在模拟草莓自然生长状态时,抓取成功率为80%,破损率为7.5%.结果表明,气动单指软体抓手可以实现草莓的无损抓取. 展开更多

关键词 软体机器人 气动驱动 有限元仿真 优化设计 草莓抓取实验

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面向草莓抓取的气动四叶片软体抓手研制 被引量：8

12

作者 李健 戴楚彦 +2 位作者 王扬威 查富生 苗文亮 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期105-113,共9页

农林业中果蔬的自动化采摘需求日趋强烈,末端抓手是实现无损采摘的关键。传统的末端抓手以刚性结构居多,现有的各种柔性抓手也存在抓取力不足、包覆性不佳等缺点。本文以草莓的无损采摘为研究对象,提出将草莓外部轮廓曲线作为设计曲线,... 农林业中果蔬的自动化采摘需求日趋强烈,末端抓手是实现无损采摘的关键。传统的末端抓手以刚性结构居多,现有的各种柔性抓手也存在抓取力不足、包覆性不佳等缺点。本文以草莓的无损采摘为研究对象,提出将草莓外部轮廓曲线作为设计曲线,设计了一种新型气动四叶片软体抓手。首先,对软体抓手的结构做仿真优化,提出一种安全地附着在目标物表面的设想。然后,在进行草莓表面的最小破坏应力试验的基础上,测试了软体抓手的末端力,验证了其实现无损抓取的可行性。再次,利用动态捕捉技术,研究了软体抓手叶面的弯曲变形规律。最后,选择使用弧线型气体通道的软体抓手进行了草莓抓取测试,结果证明了气动四叶片软体抓手可以实现草莓的无损抓取,抓取成功率达90%,破损率为2%,表明所研制的四叶片软体抓手用于草莓抓取时具有良好的稳定性和实用性,可用于草莓采摘的末端执行器。本研究也可为其他易损果蔬的采摘技术提供理论基础和技术支撑。 展开更多

关键词 果蔬采摘 气动驱动 软体机器人 有限元仿真 草莓抓取实验

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基于RBF神经网络的气动人工肌肉PID位置控制 被引量：4

13

作者 刘凯 陈伊宁 +1 位作者 吴阳 王扬威 《华南理工大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期142-148,共7页

搭建了气动人工肌肉静态测试平台,在0.1~0.8 MPa气压下进行多次测量试验,对气动人工肌肉进行特性分析,根据理论模型和测试数据建立了数学模型,模型求解精度较好。考虑外负载、气源气压和系统摩擦等因素对数学模型的影响,结合RBF网络的... 搭建了气动人工肌肉静态测试平台,在0.1~0.8 MPa气压下进行多次测量试验,对气动人工肌肉进行特性分析,根据理论模型和测试数据建立了数学模型,模型求解精度较好。考虑外负载、气源气压和系统摩擦等因素对数学模型的影响,结合RBF网络的快速学习能力设计了一种基于RBF网络的PID控制策略。在外负载50~200 N的条件下,搭建了气动人工肌肉动态测试平台并进行了多组位置控制试验。结果表明,传统PID控制只能在一定的外负载范围内实现较好的位置控制,基于RBF网络的PID控制能自适应调整PID参数,且响应速度快,调节时间短,超调量小,能更好地补偿其数学模型误差并实现精确的位置控制。 展开更多

关键词 气动人工肌肉 RBF神经网络 自适应PID 位置控制

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SMA驱动柔性机械臂BP神经网络PID控制方法研究 被引量：6

14

作者 王扬威 吕佩伦 +3 位作者 郑舒方 张铂轩 李三平 李兴东 《现代电子技术》 2022年第10期176-181,共6页

针对形状记忆合金(SMA)丝驱动软体仿生柔性臂弯曲角度难以精确控制的问题,文中提出一种BP神经网络PID控制算法。该方法基于仿生柔性臂的运动学模型和驱动模型,利用电阻映射的弯曲角度反馈,采用BP神经网络优化PID参数实现位置控制。然后... 针对形状记忆合金(SMA)丝驱动软体仿生柔性臂弯曲角度难以精确控制的问题,文中提出一种BP神经网络PID控制算法。该方法基于仿生柔性臂的运动学模型和驱动模型,利用电阻映射的弯曲角度反馈,采用BP神经网络优化PID参数实现位置控制。然后,搭建仿生柔性臂实验测试平台,利用不同驱动电压条件下弯曲实验测试数据确立初始PID参数,分别采用传统PID方法、模糊PID控制方法和BP神经网络PID控制算法对仿生柔性机械臂进行位置控制实验。结果表明,与其他两种方法相比,BP神经网络PID控制方法能在5 s内达到期望角度,调节时间更短,位置误差仅为2°,并且在外界扰动条件下2 s内可完成自适应调节,具有较强的鲁棒性,能够更好地补偿SMA相变过程中的迟滞问题,证明了所提方法的有效性。 展开更多

关键词 仿生柔性臂 BP神经网络PID 弯曲角度 位置控制 形状记忆合金丝(SMA) 电阻反馈

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形状记忆合金驱动手指功能康复外骨骼设计 被引量：3

15

作者 王扬威 吕佩伦 +2 位作者 郑舒方 王奔 李健 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期2340-2348,共9页

为了研制适应关节黏弹特性、轻便、可穿戴的手指功能康复装置,在分析手指关节、肌腱运动机理的基础上,设计形状记忆合金(SMA)丝驱动的手指功能康复装置.建立该装置的运动学模型和SMA驱动模型,提出基于SMA丝电阻反馈的模糊神经网络PID控... 为了研制适应关节黏弹特性、轻便、可穿戴的手指功能康复装置,在分析手指关节、肌腱运动机理的基础上,设计形状记忆合金(SMA)丝驱动的手指功能康复装置.建立该装置的运动学模型和SMA驱动模型,提出基于SMA丝电阻反馈的模糊神经网络PID控制方法,研制手指功能康复外骨骼样机,进行样机的运动性能和控制性能实验.结果表明,仿生外骨骼实现了预期的手指被动康复运动,拇指、食指和中指的最大弯曲角度与人体手指的弯曲角度相近,分别为130.5°、236.4°、242.5°;仿生外骨骼能够辅助手指完成日常抓握动作;模糊神经网络PID相比于传统PID控制,有效缩短了仿生外骨骼的响应时间,手指的屈伸康复频率为6次/min. 展开更多

关键词 手指功能康复机器人 形状记忆合金(SMA)丝 软体外骨骼结构 模糊神经网络PID 位姿控制

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液压驱动仿生捕蝇草柔性抓手的设计与实验研究

16

作者 李健 王雨涵 +2 位作者 王扬威 戴楚彦 栾智博 《华南理工大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期8-15,共8页

随着科技的发展和生活的需要,柔性抓手因其安全性和柔顺性逐渐成为了研究热点。捕蝇草作为一种能够实现包络抓取的植物,其运动特点对于柔性抓手的抓取运动具有较好的参考性。文中根据软体网格结构和捕蝇草的变形机理,提出了一种由双仿... 随着科技的发展和生活的需要,柔性抓手因其安全性和柔顺性逐渐成为了研究热点。捕蝇草作为一种能够实现包络抓取的植物,其运动特点对于柔性抓手的抓取运动具有较好的参考性。文中根据软体网格结构和捕蝇草的变形机理,提出了一种由双仿生叶片组成的液压驱动仿生捕蝇草柔性抓手结构。首先基于本构模型提出了完全嵌入式单列网格弯曲角度和压力关系的数学模型,然后基于仿真模型分析了多列网格弯曲角度和压力的关系,确定了柔性抓手0.040 MPa的工作压力。通过分析仿真结果,得出了边缘不完整网格的弯曲角度变化和受力均大于完整网格的结论,证明了不完整网格处是柔性抓手强度的薄弱点。进行了液压驱动和气压驱动仿生叶片的弯曲实验和闭合力实验,证实了在工作压力下液压驱动的性能优于气压驱动,确定了柔性抓手0.010 MPa的准备压力。最后通过适应性实验证明了所设计的柔性抓手能抓取不同形状的物体,证实了最大负载能力达304.3 g。文中设计的液压驱动仿生捕蝇草柔性抓手可以为活体昆虫捕捉和无损采摘提供有效的解决方案,也可为仿生植物机器人的研发提供理论和技术基础。 展开更多

关键词 液压驱动 仿生捕蝇草 柔性抓手 仿真 实验研究

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基于神经网络PID的SMA丝恒输出力控制方法

17

作者 王奔 吕佩伦 王扬威 《应用科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期718-726,共9页

为了实现形状记忆合金(shape memory alloys,SMA)丝的恒输出力控制,提出了一种基于粒子群优化神经网络比例积分微分(proportion integral differential,PID)的恒输出力控制方法,在研究SMA丝自感知电阻阻值和输出力、SMA丝温度对应关系... 为了实现形状记忆合金(shape memory alloys,SMA)丝的恒输出力控制,提出了一种基于粒子群优化神经网络比例积分微分(proportion integral differential,PID)的恒输出力控制方法,在研究SMA丝自感知电阻阻值和输出力、SMA丝温度对应关系的基础上,采用SMA丝电阻作为系统反馈,利用粒子群算法和神经网络算法对PID的参数进行优化,实现了SMA丝的恒输出力精确控制,与传统PID控制相比,降低了超调量,提高了响应速度。 展开更多

关键词 形状记忆合金 粒子群优化 神经网络优化 PID恒力控制

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