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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于IPMC的小型智能仿生機(jī)器魚(yú)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本文基于低驅(qū)動(dòng)電壓、高應(yīng)變響應(yīng)的柔性材料IPMC，研制了一套智能仿生機(jī)器魚(yú)系統(tǒng)。首先制備IPMC材料作為尾鰭驅(qū)動(dòng)器，又研制了定位定向和水溫測(cè)量系統(tǒng)。機(jī)器魚(yú)向周圍發(fā)射紅外線和超聲波，3個(gè)定位基站測(cè)量紅外線與超聲波到達(dá)的時(shí)間差得到與機(jī)器魚(yú)的距離。距離信息與溫度傳感器和數(shù)字羅盤信息，通過(guò)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給上位機(jī)。上位機(jī)計(jì)算出機(jī)器魚(yú)的坐標(biāo)，并利用圖形用戶界面將機(jī)器魚(yú)的坐標(biāo)、溫度和角度數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。
- 詳細(xì)介紹：
- 機(jī)器魚(yú)是人們進(jìn)行海洋探測(cè)與研究的有效途徑，對(duì)機(jī)器魚(yú)的研究也不斷完善。針對(duì)采用電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器的傳統(tǒng)仿生機(jī)器魚(yú)體積較大且機(jī)構(gòu)復(fù)雜的缺點(diǎn)，本文采用具有低驅(qū)動(dòng)電壓、高應(yīng)變響應(yīng)特性的新興的柔性智能材料IPMC設(shè)計(jì)了一套基于IPMC驅(qū)動(dòng)器的小型智能仿生機(jī)器魚(yú)系統(tǒng)。本文首先研究了IPMC材料的制備方法和工藝，研制出了高響應(yīng)形變的IPMC材料作為機(jī)器魚(yú)的尾鰭驅(qū)動(dòng)器，實(shí)驗(yàn)證實(shí)具有良好的驅(qū)動(dòng)效果。該系統(tǒng)又具有定位定向和水溫測(cè)量等功能。在該系統(tǒng)中機(jī)器魚(yú)可以向周圍的基站發(fā)射紅外線和超聲波信號(hào)，基站通過(guò)測(cè)定所接收到紅外線與超聲波之間的時(shí)間差來(lái)計(jì)算機(jī)器魚(yú)與定位基站間的距離，所測(cè)量的數(shù)據(jù)可以通過(guò)Zigbee無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)反饋給機(jī)器魚(yú)。同時(shí)，機(jī)器魚(yú)本身安裝有溫度傳感器和數(shù)字羅盤，這些傳感器所采集到的數(shù)據(jù)信息與基站反饋的距離信息可以同時(shí)打包發(fā)送給上位機(jī)。上位機(jī)利用所測(cè)量到的距離數(shù)據(jù)通過(guò)定位算法確定機(jī)器魚(yú)的坐標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器魚(yú)定位。利用圖形用戶界面可以將機(jī)器魚(yú)的定位坐標(biāo)、溫度數(shù)據(jù)和角度數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)我們機(jī)器魚(yú)系統(tǒng)進(jìn)行了全面的測(cè)試。首先，通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率來(lái)測(cè)定了機(jī)器魚(yú)的游動(dòng)速度。其次，驗(yàn)證了定位基站與機(jī)器魚(yú)的通信功能，并測(cè)定了測(cè)距系統(tǒng)的精度。最后，在對(duì)測(cè)距系統(tǒng)精度矯正的基礎(chǔ)上驗(yàn)證了機(jī)器魚(yú)的定位功能，進(jìn)而用圖形用戶界面顯示出來(lái)。
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)
- 本作品采用具有低驅(qū)動(dòng)電壓、高響應(yīng)特性的柔性智能材料IPMC設(shè)計(jì)了一套基于IPMC驅(qū)動(dòng)器的小型智能仿生機(jī)器魚(yú)系統(tǒng)。首先研制出高響應(yīng)形變的IPMC材料作為機(jī)器魚(yú)的尾鰭驅(qū)動(dòng)器。又研制了超聲波與紅外線結(jié)合的基站式定位系統(tǒng)。機(jī)器魚(yú)安裝有溫度傳感器和數(shù)字羅盤。系統(tǒng)利用ZigBee無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)在兩條機(jī)器魚(yú)、三個(gè)定位基站以及上位機(jī)之間傳遞位置、溫度、角度信息。上位機(jī)利用圖形用戶界面顯示機(jī)器魚(yú)的坐標(biāo)、溫度和角度等。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本作品采用IPMC這種新型柔性智能材料作為仿生機(jī)器魚(yú)的驅(qū)動(dòng)器，可以避免機(jī)器魚(yú)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，降低噪聲，提高其游動(dòng)效率，有利于機(jī)器魚(yú)向仿生及實(shí)際應(yīng)用方向的發(fā)展。除此之外，本作品還建立了一個(gè)功能較完善的機(jī)器魚(yú)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，為機(jī)器魚(yú)配備了區(qū)域定位功能、網(wǎng)絡(luò)通信功能、定向功能、溫度測(cè)量功能和上位機(jī)監(jiān)控等功能，為今后此類機(jī)器魚(yú)的繼續(xù)發(fā)展完善奠定了基礎(chǔ)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 基于此作品發(fā)表EI檢索論文3篇，申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利1項(xiàng)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品、模型、圖片
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本作品驗(yàn)證了IPMC材料作為機(jī)器魚(yú)驅(qū)動(dòng)器的可行性，以柔性材料驅(qū)動(dòng)機(jī)器魚(yú)，使其仿生性獲得提高。并開(kāi)發(fā)了一系列系統(tǒng)(定位、通信、測(cè)溫、監(jiān)控等)來(lái)豐富這一機(jī)器魚(yú)的功能，使其具備了一定的應(yīng)用前景。
同類課題研究水平概述
- 對(duì)于IPMC柔性智能材料的研究在國(guó)內(nèi)外均屬較新課題。目前國(guó)內(nèi)能夠制備IPMC材料的只有我實(shí)驗(yàn)室與南航兩家。國(guó)內(nèi)外已有一些利用IPMC材料驅(qū)動(dòng)機(jī)器魚(yú)的報(bào)道，但機(jī)器魚(yú)系統(tǒng)均十分簡(jiǎn)單，只能實(shí)現(xiàn)單條機(jī)器魚(yú)的游動(dòng)。本課題將IPMC驅(qū)動(dòng)的機(jī)器魚(yú)應(yīng)用在多智能體協(xié)調(diào)控制與信號(hào)采集系統(tǒng)中，兩條機(jī)器魚(yú)同時(shí)運(yùn)動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)定位、定向及溫度采集及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信的功能，是同類驅(qū)動(dòng)方式機(jī)器魚(yú)中性能最為完善的。
