題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 機(jī)械仿生魚
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本作品依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)、流體力學(xué)等知識，綜合仿生學(xué)，設(shè)計(jì)制造一種仿魚機(jī)器人，模仿鯉魚的游動；在游動成功的基礎(chǔ)上，給機(jī)器魚加裝攝像頭和復(fù)雜控制系統(tǒng)以及無線傳輸模塊等，實(shí)現(xiàn)機(jī)械魚的自主游動、遙控游動和水下監(jiān)測等功能。后期還可根據(jù)不同任務(wù)的需要更換或繼續(xù)加裝其他設(shè)備。
- 詳細(xì)介紹：
- 背景：隨著仿生學(xué)、機(jī)器人學(xué)、流體力學(xué)、電磁學(xué)、新型材料科學(xué)、自動控制理論等學(xué)科的不斷進(jìn)步，以及海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和軍事需求的增加，科研工作者把目光投向了長期生活在水下的各種生物運(yùn)動機(jī)理的研究上。水下生物的高效率、低噪聲、高速度、高機(jī)動性等優(yōu)點(diǎn)，使其成為科學(xué)家們研制新型高速、低噪音、機(jī)動靈活的仿生水下機(jī)器人模仿的對象。 仿生外形：根據(jù)其所模仿水下生物的運(yùn)動方式，可分為仿魚水下機(jī)器人、仿多足爬行動物水下機(jī)器人和仿蠕蟲水下機(jī)器人，本項(xiàng)目為仿生魚水下機(jī)器人。仿生外形有多點(diǎn)優(yōu)勢，民用方面，作為水質(zhì)檢測機(jī)器人可減小對周圍水生生物的影響，最大化還原水體環(huán)境，更有利于研究水生生物生活習(xí)慣；軍用方面，可大幅度降低被敵方探測到的機(jī)會，作為搜集敵方情報(bào)之用時，可提高生還幾率。 動力及運(yùn)動機(jī)構(gòu)：動力和運(yùn)動機(jī)構(gòu)方面，本機(jī)械仿生魚為電力驅(qū)動，安裝鋰動力電池，噪聲小，可在水下持續(xù)游動約1小時；采用四連桿機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)仿生搖尾推進(jìn)，另還可擺頭實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)，胸鰭搖動實(shí)現(xiàn)上浮和下潛。 控制方式：控制方式上，仿生魚上安裝有液位變送計(jì)、紅外光電開關(guān)等傳感器，配合stc12c5a60s2單片機(jī)和上述機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)仿生魚在水中的自主游動。另除了程控外，本仿生魚還可切換為遙控，以適應(yīng)復(fù)雜的使用環(huán)境，加強(qiáng)其可靠性程度。 功能：從可實(shí)現(xiàn)功能上講，本仿生魚上已加裝有攝像頭、無線數(shù)據(jù)傳輸裝置等，可實(shí)現(xiàn)采集圖像、拍攝錄像，并將收集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)疥懙靥幚碓O(shè)備等功能。另外還預(yù)留有安裝其他監(jiān)測儀器的位置，例如多參數(shù)水質(zhì)檢測儀（多參數(shù)水質(zhì)分析儀CN60M/CJ3GDYS201S），根據(jù)監(jiān)測任務(wù)的不同可對檢測儀進(jìn)行更換，實(shí)現(xiàn)對水體的BOD、COD、氨氮、總磷、總氮、濁度、PH、溶解氧等參數(shù)的監(jiān)測，使其在環(huán)境保護(hù)、水質(zhì)的檢測和水資源保護(hù)中起到重要的作用。 本仿生魚各技術(shù)參數(shù)： 體長 500mm 設(shè)計(jì)最大下潛深度 4000mm 型高 180mm 續(xù)航力 1.5kn/h 型寬 120mm 無線數(shù)據(jù)傳輸距離 1200m 航速 1.5節(jié)
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的及基本思路：本項(xiàng)目擬依據(jù)流體力學(xué)基本原理，綜合仿生學(xué)，設(shè)計(jì)一種合理的尾鰭機(jī)械傳動裝置，模仿鯉魚的游動；在模擬高速游動成功的基礎(chǔ)上，給機(jī)器魚加裝防水?dāng)z像頭和復(fù)雜控制系統(tǒng)以及無線傳輸模塊等。實(shí)現(xiàn)機(jī)械魚的自主游動、遙控游動和水下監(jiān)測等功能。 創(chuàng)新點(diǎn)：本機(jī)器魚集成多種傳感器，可以采集水下圖像，自主避障，在不同水層游弋，各分系統(tǒng)獨(dú)立水密，安全性高。且本機(jī)械魚可在自主式程控和遠(yuǎn)程遙控兩種控制方式之間切換，以適應(yīng)復(fù)雜的使用環(huán)境，加強(qiáng)其可靠性程度。后期可以繼續(xù)加裝傳感器完成任務(wù)如海水質(zhì)量檢測等。 技術(shù)關(guān)鍵：仿生推進(jìn)器設(shè)計(jì)，各部件防水。 主要技術(shù)指標(biāo)：體長：500mm 型高：180mm 型寬：120mm ； 航速： 1.5節(jié)； 設(shè)計(jì)最大下潛深度： 4000mm ； 續(xù)航力： 1.5kn/h ； 數(shù)據(jù)傳輸距離1200m 。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 目前研究的仿生魚主要停留在對劃水姿態(tài)以及水動力的研究，很少涉及實(shí)用性應(yīng)用，本仿生魚具備水下圖像采集，自主避障等功能，具有一定實(shí)用價值，如海洋科考；當(dāng)油船等發(fā)生原油泄露時，由于船是不斷移動的，所以早期發(fā)現(xiàn)很難，以至于很容易造成大范圍的污染，而有了這種仿生魚，跟隨油船活動，就有可能在第一時間發(fā)現(xiàn)并通報(bào)漏油情況，以便盡早采取應(yīng)對措施。與以往的水下監(jiān)測機(jī)器人相比，仿生魚外形獨(dú)特，推進(jìn)噪音小，對周圍水生物影響較小，最大還原水體本來環(huán)境。 《仿生水下機(jī)器人研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢》 曾妮 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 《仿生魚型微機(jī)器人推進(jìn)機(jī)理的研究》 劉佳宇 長沙理工大學(xué) 《基于紅外傳感器的仿生機(jī)器魚自主避障控制》 桑海泉 中國科學(xué)院自動化研究所
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2010第二批科研立項(xiàng)（重大型） 第十七屆校五四杯大賽一等獎
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 協(xié)商轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品；現(xiàn)場演示；圖片；錄像
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 本仿生魚可在自動控制和遙控之間切換，將仿生魚電源打開，即可運(yùn)行。本機(jī)器魚集成多種傳感器，可以采集水下圖像，自主避障，在不同水層游弋，各分系統(tǒng)獨(dú)立水密，安全性高。且本機(jī)械魚可在自主式程控和遠(yuǎn)程遙控兩種控制方式之間切換，以適應(yīng)復(fù)雜的使用環(huán)境，加強(qiáng)其可靠性程度。后期可以繼續(xù)加裝傳感器完成任務(wù)如海水質(zhì)量檢測等。 仿生機(jī)器魚有廣泛的應(yīng)用空間，民用和軍用均可，不僅可以代替潛水員在深水中長時間工作，提高其工作效率，降低風(fēng)險(xiǎn)，而且可以監(jiān)測水污染，探測海底火山活動；在軍事方面，可以用于跟蹤敵人的艦船和潛艇，降低被探測幾率，捕獲敵方信息，甚至在必要時可以攜帶炸藥潛行至敵艦尾部，炸毀敵艦的動力系統(tǒng)，使其喪失主戰(zhàn)能力；監(jiān)測水體質(zhì)量，由于仿生魚推進(jìn)方式獨(dú)特，且外形不易對周圍生物造成過大影響，最大還原了水體本來環(huán)境；此外，仿生機(jī)器械魚還可以應(yīng)用于海洋動物園供游客觀賞用等。 仿生魚作為水下機(jī)器人是一個水下高技術(shù)儀器設(shè)備的集成體, 在軍事、民用、科研等領(lǐng)域體現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景和巨大的潛在價值。
同類課題研究水平概述
- 隨著仿生學(xué)、機(jī)器人學(xué)、流體力學(xué)、電磁學(xué)、新型材料科學(xué)、自動控制理論等學(xué)科的不斷進(jìn)步，以及海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和軍事需求的增加，科研工作者把目光投向了長期生活在水下的各種生物運(yùn)動機(jī)理的研究上。水下生物的高效率、低噪聲、高速度、高機(jī)動性等優(yōu)點(diǎn)，使其成為科學(xué)家們研制新型高速、低噪音、機(jī)動靈活的仿生水下機(jī)器人模仿的對象。目前已研制出的仿生水下機(jī)器人中，根據(jù)其所模仿水下生物的運(yùn)動方式，可分為仿魚水下機(jī)器人、仿多足爬行動物水下機(jī)器人和仿蠕蟲水下機(jī)器人。 魚類作為自然界最早的真骨脊椎動物，經(jīng)過億萬年的自然選擇，進(jìn)化出了非凡的水中運(yùn)動能力，既可以在持久游速下保持低能耗、高效率，也可以在拉力游速或爆發(fā)游速下實(shí)現(xiàn)高機(jī)動性。正是這種在水中運(yùn)動的完美性,吸引了世界各國科研工作者對模仿魚類游動方式的水下機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行研究與開發(fā)。 1.北京航空航天大學(xué)機(jī)器人研究中心研制開發(fā)的仿生機(jī)器人，外表似魚，長1.21米，由動力推進(jìn)系統(tǒng)、圖像采集和圖像信號無線傳輸系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)指揮控制平臺3部分組成。它原地回轉(zhuǎn)靈活，可以每小時4公里的速度前進(jìn)，并能連續(xù)在水下工作2至3小時。 2.英研制水污染監(jiān)測仿生魚，魚長約50厘米，由于外形酷似鯉魚，比起其他魚雷型的探測裝置，這種仿生魚轉(zhuǎn)彎半徑更小，也更靈活。 3.1994 年麻省理工學(xué)院模仿藍(lán)鰭金槍魚制造的RoboTuna，其長約1.2 m，由2843 個零件組成，能像真魚一樣游動，速度可達(dá)7.2km/h。 仿生魚仿生推進(jìn)器結(jié)構(gòu)有多種方式，但以上和本項(xiàng)目均為電動驅(qū)動，另外，除了電動驅(qū)動外，還有多種驅(qū)動方式，如壓電陶瓷驅(qū)動、人工肌肉驅(qū)動和記憶合金驅(qū)動等。
