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水下观测机器人波动鳍推进器仿生设计
1
作者
包海默
孔巧
+2 位作者
宋梅萍
邓煜欣
李家家
《机械设计》
CSCD
北大核心
2024年第8期165-171,共7页
为改善传统螺旋桨推进器噪声大、稳定性差及破坏性强的问题,对水下观测机器人仿生波动鳍进行研究。采用边缘提取算法和CT扫描法分析并提取线翎电鳗的形态和结构特征;设计两自由度的鳍条致动单元,重建仿生波动鳍的机械结构;通过流体动力...
为改善传统螺旋桨推进器噪声大、稳定性差及破坏性强的问题,对水下观测机器人仿生波动鳍进行研究。采用边缘提取算法和CT扫描法分析并提取线翎电鳗的形态和结构特征;设计两自由度的鳍条致动单元,重建仿生波动鳍的机械结构;通过流体动力学仿真试验,对比分析波动鳍的推进机制和性能,研究了推力的影响因素。结果表明:仿生波动鳍的平均阻力为3.88 N,小于长方体波动鳍,平均速度的峰谷差值比长方体波动鳍更小;推力系数与雷诺数及波长负相关,与波幅及波频正相关;在水速为0.2 m/s,波幅为60°,波长为217.5 mm,波频为4 Hz的条件下,平均推进力最大,达14.873 N。仿线翎电鳗波动鳍相对于传统波动鳍,阻力更小,速度更稳定,其形态设计和运动规律研究对水下观测机器人的发展具有一定价值和意义。
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关键词
水下观测机器人
波动鳍
仿生设计
流体力学仿真
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职称材料
水下观测机器人推进器的动态结构仿生设计研究
被引量：
5
2
作者
包海默
赵天琦
+3 位作者
冯鸣
许若麟
安轩昂
宋梅萍
《包装工程》
CAS
北大核心
2023年第2期41-47,共7页
目的为了更好地实现水下机器人在海洋牧场观测环境中的低速稳定航行,设计一种水下观测机器人的仿生推进器。方法结合结构仿生原理提出动态结构仿生设计方法,具体过程包括选择仿生对象、动态结构特征提取、生物特征与产品匹配、产品集成...
目的为了更好地实现水下机器人在海洋牧场观测环境中的低速稳定航行,设计一种水下观测机器人的仿生推进器。方法结合结构仿生原理提出动态结构仿生设计方法,具体过程包括选择仿生对象、动态结构特征提取、生物特征与产品匹配、产品集成创新设计及设计评价。以水下观测机器人推进器为例,重点模仿蓝斑条尾魟胸鳍波动推进的形态与结构,分步骤完成仿生推进器造型和功能的动态结构仿生设计。结果通过流体动力学仿真评估,得到波动鳍表面压力分布情况,结果表明波动鳍推进能够产生一定的推力,验证了动态结构仿生设计方法的可行性。结论该仿生推进器具有低速稳定航行的特点,能够有效提升海洋牧场的观测能力,动态结构仿生设计方法对仿生推进器的结构设计具有借鉴意义。
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关键词
动态结构仿生
波动鳍
仿生推进器
水下观测机器人
流体动力学仿真
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职称材料
面向海参分布密度估计的水下观测机器人设计与实验
3
作者
王文良
刘晓阳
+7 位作者
印长坤
赵和鸣
陈启俊
张家旭
张海光
李国栋
王魏
林远山
《农业机械学报》
2025年第8期535-543,601,共10页
针对海参养殖领域传统人工盘点方法效率低、随机性强且覆盖率不足的问题,设计了一种可自主作业并能实时面积计算的水下观测机器人(ROV),旨在实现养殖区全覆盖扫描与精准生物量监测。首先,提出一种集视觉采集、运动控制、动态面积计算于...
针对海参养殖领域传统人工盘点方法效率低、随机性强且覆盖率不足的问题,设计了一种可自主作业并能实时面积计算的水下观测机器人(ROV),旨在实现养殖区全覆盖扫描与精准生物量监测。首先,提出一种集视觉采集、运动控制、动态面积计算于一体的ROV系统框架;然后结合海参圈实际养殖场景设计基于PID的定高、定航的自主运动功能;接着依据运动学模型解算ROV位姿设计“几”字形路径规划算法,实现水下区域全覆盖,并依据相机标定参数动态计算相机扫描面积。实验结果显示,所设计的水下观测机器人垂直定位精度为±0.02 m,面积计算误差小于2.31%,密度估算误差小于5%。该ROV以传感-运动-计算闭环设计,解决了水下机器人自主作业与实时面积反馈问题,为海参养殖提供了全自动、高可靠性的生物量监测方案。
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关键词
海参
水下观测机器人
区域覆盖
密度估计
相机标定
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职称材料
题名
水下观测机器人波动鳍推进器仿生设计
1
作者
包海默
孔巧
宋梅萍
邓煜欣
李家家
机构
广州美术学院工业设计学院
大连民族大学设计学院
出处
《机械设计》
CSCD
北大核心
2024年第8期165-171,共7页
基金
国家自然科学基金(61971082)。
文摘
为改善传统螺旋桨推进器噪声大、稳定性差及破坏性强的问题,对水下观测机器人仿生波动鳍进行研究。采用边缘提取算法和CT扫描法分析并提取线翎电鳗的形态和结构特征;设计两自由度的鳍条致动单元,重建仿生波动鳍的机械结构;通过流体动力学仿真试验,对比分析波动鳍的推进机制和性能,研究了推力的影响因素。结果表明:仿生波动鳍的平均阻力为3.88 N,小于长方体波动鳍,平均速度的峰谷差值比长方体波动鳍更小;推力系数与雷诺数及波长负相关,与波幅及波频正相关;在水速为0.2 m/s,波幅为60°,波长为217.5 mm,波频为4 Hz的条件下,平均推进力最大,达14.873 N。仿线翎电鳗波动鳍相对于传统波动鳍,阻力更小,速度更稳定,其形态设计和运动规律研究对水下观测机器人的发展具有一定价值和意义。
关键词
水下观测机器人
波动鳍
仿生设计
流体力学仿真
Keywords
underwater observation robot
undulating fins
bionic design
hydrodynamic simulation
分类号
TB472 [一般工业技术—工业设计]
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职称材料
题名
水下观测机器人推进器的动态结构仿生设计研究
被引量：
5
2
作者
包海默
赵天琦
冯鸣
许若麟
安轩昂
宋梅萍
机构
大连民族大学设计学院
大连海事大学信息科学技术学院
出处
《包装工程》
CAS
北大核心
2023年第2期41-47,共7页
基金
国家自然科学基金资助项目(61971082)
辽宁省自然科学基金资助项目(2020-MZLN-01)。
文摘
目的为了更好地实现水下机器人在海洋牧场观测环境中的低速稳定航行,设计一种水下观测机器人的仿生推进器。方法结合结构仿生原理提出动态结构仿生设计方法,具体过程包括选择仿生对象、动态结构特征提取、生物特征与产品匹配、产品集成创新设计及设计评价。以水下观测机器人推进器为例,重点模仿蓝斑条尾魟胸鳍波动推进的形态与结构,分步骤完成仿生推进器造型和功能的动态结构仿生设计。结果通过流体动力学仿真评估,得到波动鳍表面压力分布情况,结果表明波动鳍推进能够产生一定的推力,验证了动态结构仿生设计方法的可行性。结论该仿生推进器具有低速稳定航行的特点,能够有效提升海洋牧场的观测能力,动态结构仿生设计方法对仿生推进器的结构设计具有借鉴意义。
关键词
动态结构仿生
波动鳍
仿生推进器
水下观测机器人
流体动力学仿真
Keywords
dynamic structure bionics
undulating fin
bionic propeller
underwater observation vehicle
hydrodynamic simulation
分类号
TB472 [一般工业技术—工业设计]
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职称材料
题名
面向海参分布密度估计的水下观测机器人设计与实验
3
作者
王文良
刘晓阳
印长坤
赵和鸣
陈启俊
张家旭
张海光
李国栋
王魏
林远山
机构
大连海洋大学信息工程学院
出处
《农业机械学报》
2025年第8期535-543,601,共10页
基金
辽宁省属本科高校基本科研业务费专项资金项目(2024JBZDZ004)
2023中央财政对辽宁渔业补助项目
+6 种基金
辽宁省重点研发计划项目(2023JH26/10200015)
辽宁省自然科学基金项目(2020-KF-12-09)
辽宁省教育厅基本科研项目(LJKZ0730、QL202016)
设施渔业教育部重点实验室开放课题(202219)
广西重点研发计划项目(桂科AB23075150)
辽宁省应用基础计划项目(2022JH2/101300187)
辽宁省科技计划联合计划项目(2024JH2/102600083)。
文摘
针对海参养殖领域传统人工盘点方法效率低、随机性强且覆盖率不足的问题,设计了一种可自主作业并能实时面积计算的水下观测机器人(ROV),旨在实现养殖区全覆盖扫描与精准生物量监测。首先,提出一种集视觉采集、运动控制、动态面积计算于一体的ROV系统框架;然后结合海参圈实际养殖场景设计基于PID的定高、定航的自主运动功能;接着依据运动学模型解算ROV位姿设计“几”字形路径规划算法,实现水下区域全覆盖,并依据相机标定参数动态计算相机扫描面积。实验结果显示,所设计的水下观测机器人垂直定位精度为±0.02 m,面积计算误差小于2.31%,密度估算误差小于5%。该ROV以传感-运动-计算闭环设计,解决了水下机器人自主作业与实时面积反馈问题,为海参养殖提供了全自动、高可靠性的生物量监测方案。
关键词
海参
水下观测机器人
区域覆盖
密度估计
相机标定
Keywords
sea cucumber
underwater observation robots
regional coverage
density estimation
camera calibration
分类号
S972 [农业科学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
水下观测机器人波动鳍推进器仿生设计
包海默
孔巧
宋梅萍
邓煜欣
李家家
《机械设计》
CSCD
北大核心
2024
0
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
水下观测机器人推进器的动态结构仿生设计研究
包海默
赵天琦
冯鸣
许若麟
安轩昂
宋梅萍
《包装工程》
CAS
北大核心
2023
5
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职称材料
3
面向海参分布密度估计的水下观测机器人设计与实验
王文良
刘晓阳
印长坤
赵和鸣
陈启俊
张家旭
张海光
李国栋
王魏
林远山
《农业机械学报》
2025
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职称材料
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