一、微型机器人蛇行游动机构的系统仿真（论文文献综述）
牛丽周,丁亮,高海波,杨怀广,苏杨,李楠[1]（2021）在《软体足式机器人驱动、建模与仿真研究综述》文中研究指明软体足式机器人因其优越的移动性能及面对复杂地形的通过能力受到越来越多研究者的关注。由于受到材料性质、驱动方法及制造工艺等多方面的限制,如何实现软体足式机器人的创新结构设计,提升软体机器人的运动速度和负载能力是目前亟待解决的问题之一。综述从仿生结构与驱动方法的角度对目前软体足式机器人的研究发展进行了系统阐述。由于软体机器人多为连续变形结构,加之软材料的物理非线性和软结构变形的几何非线性,力学建模与仿真一直是软体机器人研究领域的瓶颈。梳理了目前软体机器人的主要建模理论,总结了软体机械臂的建模与控制方法,进一步将其拓展到软体足式机器人的系统建模中。介绍了传统商业软件的应用与物理仿真引擎开发的进展,分析了软体机器人虚拟仿真的主要方法,展望了软体足式机器人的应用场景与未来研究方向。
师少龙[2]（2020）在《面向早期肿瘤检测应用的活体计算技术研究》文中研究指明早期肿瘤病灶的检测对提升患者的存活率具有重要意义,但由于其实现难度较高而一直是生物医学领域的一个难题。现有的医学造影成像方法使用的纳米粒子作为造影剂主要依赖人体循环系统进行大面积输送,缺乏局部靶向传输所需的外力驱动和引导,易导致机体的毒副作用、低靶向性和低疗效等。而基于纳米机器人的肿瘤检测系统虽然可以提高效率,但其需要肿瘤的具体位置信息作为先验知识,而受目前医学成像技术的限制,早期肿瘤病灶的位置信息是难以获取的。因此,本文拟提出一种能够综合以上两种技术优势的全新的肿瘤检测系统,在不需要肿瘤位置信息作为先验知识的条件下利用纳米机器人实现直接靶向检测的目的。本课题旨在从计算的角度设计基于纳米机器人的可操控智能纳米系统。该系统可以利用早期肿瘤病灶诱发的活体组织环境的变化控制纳米机器人对高危组织进行有规律搜索,最终实现肿瘤病灶的检测。运用这种方法进行早期肿瘤检测时无需肿瘤病灶位置的先验知识,同时可以极大提高检测效率。论文的主要研究内容如下:分析了早期肿瘤病灶所诱发的生物组织环境的特异性变化进而提出了“生物梯度场”的概念,介绍了可用于肿瘤病灶检测的外部可控磁性纳米机器人系统,并对群体智能算法的计算机理进行了简要分析。基于此,在考虑纳米机器人在肿瘤检测过程中所受体内约束的情况下提出了“活体计算”的概念。纳米机器人作为计算智能体在外部理想控制情况下考虑了其在肿瘤检测过程中的速度的衰减情况,建立了早期肿瘤检测的数学优化模型,并运用侵入渗流技术设计肿瘤病灶的血管网络模型作为活体计算的主要约束条件。受群体智能算法理论的启发分别设计了用于单病灶和多病灶肿瘤检测的检测算法。研究了在目前磁场控制技术条件下的群体纳米机器人的控制问题,针对此约束条件提出了能有效实现肿瘤检测的活体计算策略（弱者优先进化策略）。在该策略的作用下纳米机器人群体可以在外部统一磁场的控制作用下沿着比较理想的路径向肿瘤病灶位置逼近,并最终到达目标位置完成肿瘤病灶的检测。运用仿真实验在多种有代表性的生物梯度场场景下证明了该计算策略的有效性。根据弱者优先进化策略计算出的纳米机器人在迭代计算过程中的运动方向,对纳米机器人在迭代计算过程中的步长问题进行了研究。在固定步长情况下设计了“张-弛（Tension-Relaxation,T-R）”策略用于平衡计算过程中纳米机器人的控制和追踪周期;在变化步长情况下设计了指数进化策略用于调整活体计算的“探索”和“开发”性能。仿真实验结果证明T-R法则和指数进化策略的设计对提高肿瘤检测效率具有至关重要的意义。基于对单病灶肿瘤检测的研究结果,结合多灶性肿瘤自身特点,提出了基于连续靶向策略的活体计算算法用于多病灶肿瘤的检测。分别在不同时刻在同一注射位置注射的纳米机器人群体可以在算法的作用下分别沿着不同的运动路径检测到各自的靶向肿瘤病灶,最终实现多病灶肿瘤检测。通过与传统的蛮力搜索算法比较可知活体计算算法在肿瘤检测方面的优越性,同时与传统的群体智能算法比较结果证明了其特殊性。根据所提出的活体计算理论,搭建了相应的体外实验平台用于实现活体计算的体外验证。利用光刻技术制备了二维微流道网络用以模拟高危组织的血管网络结构,制备了Janus微粒作为磁性微纳机器人实现在亥姆霍兹线圈系统作用下的运动控制。实验结果表明纳米机器人群体在活体计算算法的作用下可以分别实现相应肿瘤病灶的靶向检测。体外实验证明了本文所提出的活体计算对单病灶肿瘤和多病灶肿瘤检测的有效性,为其早日实现临床应用打下基础。
瞿济伟[3]（2020）在《农用柔性底盘偏置转向系统控制策略及参数优化试验研究》文中研究指明设施农业作为一种重要的农业生产方式,在提供新鲜农产品、调整农业生产结构、保证食品供应链及稳定社会等方面均发挥着重要作用。温室作为我国设施农业的主要形式,仍为劳动密集型产业,人工搬运普遍存在,劳动强度大,对适于温室狭窄道路及封闭环境作业的转运机械装备有着较为迫切的需求。新型线控电动底盘最先发展于汽车领域,其因环保、高效、智能、灵活等诸多优点而广受青睐,工业上已有诸多成熟产品,将线控电动底盘系统应用于农业亦是未来发展趋势。柔性底盘是一种轮毂电机驱动的新型线控电动底盘系统,其以独特的偏置转向结构,将转向系统与驱动系统合二为一,能实现多种特殊运动形式,结构简单、灵活环保且成本低廉,适于温室狭窄道路与封闭环境的转运作业。但是,目前柔性底盘偏置转向系统线控转向控制策略及适宜控制参数等关键技术尚未探明,控制系统不够完善,还不能大面积推广应用。因此,本研究针对柔性底盘运动控制存在的问题,对柔性底盘偏置转向系统线控转向运动控制策略及控制参数优化展开深入研究,以期为柔性底盘的研究与应用提供依据。本文主要研究内容和结论如下:（1）开展了柔性底盘偏置转向系统驱动与转向协同控制特性试验研究。提出了基于脉冲宽度调制（Pulse width modulation,PWM）技术的柔性底盘驱动与转向协同控制方法,通过PWM信号控制电磁摩擦锁,以实现偏置转向机构驱动与转向的协同运动;基于偏置转向轴试验台,搭建了偏置转向机构PWM控制与测试系统,测试了偏置转向机构力矩传递特性及转向特性,结果表明:PWM占空比与频率对电磁摩擦锁锁紧力矩均有显着影响（P<0.05）;频率在4～24 Hz、占空比为20%～80%时,锁紧力矩范围为6.82～40.05 N·m;占空比、频率、占空比与频率交互作用,以及轮毂电机初始转速对偏置转向机构转向平均角速度影响显着（P<0.05）,且占空比的影响效应最显着;频率在4～24 Hz、占空比为20%～80%、轮毂电机转速在30～120 r/min范围时,转向平均角速度在0～0.514 rad/s范围变化;转向平均角速度随初始转速增大及占空比增大均减小,随频率增大而增大;结果可为柔性底盘转向运动控制提供参考。（2）进行了柔性底盘偏置转向系统PWM参数动态控制试验研究。通过偏置转向轴试验台测试了不同工况下PWM占空比对偏置转向机构运动的影响规律,在此基础上设计了PWM占空比动态模糊控制器;采用模糊控制器量化因子与比例因子自校正的方法使PWM占空比随工况变化而调整,且实现偏置转向系统转向过程的稳定快速响应;PWM占空比动态控制试验表明:量化因子与比例因子自校正方法的动态控制效果优于无自校正模糊控制方法与固定占空比控制方法。该控制方法有效提升了偏置转向机构运动对工况变化的适应性,可为柔性底盘转向运动控制奠定基础。（3）完成了柔性底盘偏置转向系统运动耦合控制策略研究。建立了柔性底盘线控转向模型,提出了采用模糊PID控制器调节柔性底盘前轮转向转角轮廓误差与四轮转向模式切换角速度耦合误差的方法,以实现偏置转向系统运动的耦合控制;基于MATLAB/Simulink对所设计的控制策略进行了仿真测试,结果表明:阶跃转向、蛇行转向及随机转向过程中,前轮转向响应迅速;左、右前轮转角对于各自目标角具有良好跟踪性能;电磁摩擦锁与驱动轮的转向配合良好,耦合控制下两偏置转向机构联动控制效果优于无运动耦合的转向信号分配控制;四轮转向模式切换耦合控制仿真中模式切换时间为4.2 s,平均转向角误差为0.6°,最大及平均角速度耦合误差分别为0.003与0.0009 rad/s,最大纵向、横向加速度绝对值分别为0.028与0.004 m/s2;以上各指标值均优于分配控制,误差均在可接受范围之内,所设计控制策略具有良好的有效性。（4）完成了柔性底盘偏置转向系统参数优化试验研究。采用柔性底盘试验台,测试了轮毂电机转速、载荷、锁紧电压及转向电桥桥臂的步进电机转速对偏置转向系统综合运动性能的影响,结果表明:轮毂电机转速、载荷及交互作用对转向性能综合评价指标均有显着影响（P<0.05）,轮毂电机转速接近120 r/min时综合评价指标相对其余工况最小;转向内、外侧锁紧电压与步进电机转速对综合评价指标均有显着影响（P<0.05）;锁紧电压与步进电机转速适宜范围分别为18～24 V、150～180 r/min。并且对柔性底盘前轮转向控制参数进行了优化,结果表明:空载时最优内、外侧锁紧电压分别为22和20 V,最优步进电机转速分别为180和170 r/min,额定载荷时最优内侧、外侧锁紧电压分别为24和22 V,最优步进电机转速与空载时相同;四轮转向模式切换优化试验结果表明:模式切换过程中锁紧电压与步进电机转速最优组合为4.35 V与72r/min。试验所得优化参数组合可提升柔性底盘的综合转向性能。（5）进行了柔性底盘硬化路面综合运动特性试验研究。搭建了柔性底盘整机综合运动控制与测试系统,开发了柔性底盘运动监测与管理系统界面,通过硬化路面运动试验,测试了柔性底盘的综合运动特性,结果表明:在所设计的控制系统下柔性底盘低速行驶时能顺利进行前轮转向运动;两偏置转向机构转角最大跟踪误差分别为1.5°和2.1°,转向过程中运动稳定,无异常发生;试验中两偏置转向机构联动的最大及平均转角轮廓误差分别为:阶跃转向1.2°与0.6°、蛇行转向1.1°与0.6°、随机转向1.0°与0.5°;四轮转向模式切换试验中,四个偏置转向机构最大的转角误差为1.6°,最大及平均角速度耦合误差分别为0.013 rad/s与0.006 rad/s,耦合控制下纵向、横向加速度平均值均小于分配控制方法,转角耦合控制效果优于分配控制方法;整体控制效果稳定且良好,验证了控制策略的有效性;可为柔性底盘转向控制及工程应用提供参考。
张驰[4]（2020）在《微小弯管内磁性小球外磁场驱动与控制系统研究》文中认为随着电工电子技术和控制技术的发展,磁悬浮系统的控制精度和抗干扰能力都得到很大的提升,国内外专家学者将磁悬浮技术应用在各种领域上,例如磁悬浮轴承、磁悬浮列车、磁悬浮电机、磁悬浮天平等。本文以国家自然科学基金项目为依托,基于工业领域微小弯管内部质量检测和医疗领域人体管腔通道疾病诊疗的迫切需求,针对现有外磁场管道驱动技术的不足和缺陷,利用磁悬浮技术实现被控悬浮对象在电磁驱动器轴线方向上的单维度悬浮运动控制,并由此提出了微小弯管内磁性小球外磁场驱动与控制系统研究,在电磁驱动器磁场的控制下,对一个直径Φ12.7 mm的球型永磁体进行测试试验。本文的主要研究成果及结论如下:根据物质电结构学说,分析了球型永磁体磁化中心轴线上的磁感应强度变化规律;根据电动力学,从非均匀磁场作用在磁偶极矩上的力出发,建立了由空心螺线管和球型永磁体组成的磁悬浮球系统的电磁力模型,推导了系统电磁作用力方程。利用ANSYS Maxwell有限元仿真软件,建立了被控悬浮对象和电磁驱动器的物理模型,通过仿真验证了理论计算结果的准确性和可靠性。理论分析和ANSYS Maxwell有限元仿真结果表明,由空心螺线管和球型永磁体组成的磁悬浮球系统的电磁力与励磁电流成正比,电磁力与悬浮间隙之间是强非线性关系,随着间隙增大,电磁力减小,且电磁力与悬浮间隙的关系式比较复杂。为了方便后续研究,利用经验表达式将电磁力方程进行了简化。搭建了一套试验系统软硬件平台,磁性小球悬浮系统采用了一种新型的基于双线性霍尔传感器结构的磁悬浮球系统,有效增大了系统的工作范围。基于简化后的电磁力方程构建了磁性小球悬浮系统的数学模型,根据系统模型的特性,设计了数字PID控制器和单神经元自适应PID控制器,并在MATLAB/Simulink环境中搭建了磁性小球悬浮系统控制模型,通过参数整定和仿真确定合理的控制器参数。将整定得到的控制器参数用于试验,研究磁性小球单维度悬浮控制系统的动静态特性。试验发现,基于双线性霍尔传感器结构的磁性小球PID悬浮控制系统,被控悬浮对象的位置控制精度为±0.02 mm;采用步进式控制方法有效地实现了被控悬浮对象较长距离的单维度悬浮运动控制,且步进式控制方法能够减小被控对象阶跃响应的超调量,步长越小,阶跃响应超调量越小;同时,步进式控制方法提高了被控对象运动过程的平稳性。采用插补算法规划被控磁性小球在微小弯管内悬浮运动轨迹,插补步长设置为0.2 mm。试验时,直线滑台驱动电机转速设置为0.2 r/s,即电磁驱动器水平运动速度为1.0 mm/s,磁性小球单维度悬浮运动步长为0.2 mm,控制磁性小球按照插补规划运动路径进行运动。试验发现,通过磁悬浮技术实现了被控悬浮对象在微小弯管内部的外磁场驱动与控制,磁性小球能够按照预定轨迹实现悬浮进给运动,完成了预期试验目标。
李超群[5]（2019）在《基于离子聚合物—金属复合材料的柔性仿生机械结构及其控制系统研究》文中提出离子聚合物-金属复合材料（Ionic Polymer Metal Composite,IPMC）作为一种典型的柔性智能材料,在柔性机械领域展现出了巨大的应用前景,尤其在驱动仿生机械方面有显着的优势。实现IPMC驱动仿生机械的独立运行和速度可控对于推动其实际应用具有重要意义,而现有IPMC驱动的仿生机械大多是以开环方式来控制,并未实现速度反馈控制。本文主要以机器鱼为例研究IPMC基仿生机械的结构与控制方法,在其独立运动的前提下实现对其行进速度的控制,将MPU6050传感器安装机器鱼内以测量游动速度,设计反馈控制系统实现了对机器鱼游动速度的精确控制。在Matlab软件中分别搭建传统PID和模糊PID控制系统并进行仿真,对比仿真结果表明:模糊PID控制的响应时间为0.1秒,明显小于传统PID控制的0.6秒。较传统PID控制,模糊PID控制的最大超调量降低了64.7%,稳态误差降低了76.9%。在此基础上,设计了控制电路原理图,制作了机器鱼样机并进行游动速度控制实验,实验结果与仿真规律相符,并表明:较传统PID控制,模糊PID控制可以更快的达到预设速度并稳定游动,且稳态误差降低了48%。总体来说模糊PID控制系统控制效果明显优于传统PID控制系统。通过模仿鱼类的形态和运动方式,本文还设计了胸鳍和尾鳍共同驱动的机器鱼机体结构,并基于此设计了可以输出3路相互独立方波电压信号的控制系统。控制系统主要包括微控制器单元、驱动信号生成单元、速度测量单元、自动避障单元和电压转换单元,可以实现机器鱼的直线、转向、加速和减速游动,并且搭载了红外避障传感器,可以使机器鱼在游动的过程中自主避障,具有较高的灵活性。此外,本文又根据尺蠖和蝴蝶的形态和运动方式,分别设计了仿蠕虫机器人和仿蝴蝶机器人,并进行了实验验证,均可以实现良好的运动,并给出了一种基于IPMC的步进电机设计方案。本文对于后续设计制作结构更为复杂、功能性更强的柔性机器鱼提供了重要的研究基础和丰富的实验数据,也对未来IPMC驱动的柔性仿生机械的的开发具有的一定的指导意义。
刘亚涛[6]（2019）在《双半球胶囊机器人倾斜环境动力学特性研究》文中研究说明胶囊机器人,不仅能缓解胃肠道病人的诊断痛苦,而且能通过人机交互系统控制机器人避开诊断视觉盲区。在外磁场的控制下,双半球胶囊机器人可以实现精确的控制,从而在食道、胃、结肠等非结构性宽裕的环境中实现介入治疗和诊断。因其安全性高,体内诊断稳定可靠,具有普遍的临床应用推广价值,同时也是国际小微机器人医疗研究的热门领域。本文主要研究倾斜环境下双半球胶囊机器人的动力学特性、爬坡性能和运动稳定性。首先,双半球机器人通过两种模态的相互切换,不仅实现了主动模态在倾斜环境下稳定运动和爬坡行走,同时也实现了在被动模态时的悬停调姿作业。倾斜环境下机器人双模态作业的控制分离,为实现食道、胃等非结构宽裕空间内的医疗诊断与遍历检查提供了理论依据。其次,在研究过程中,发现机器人无论在何种模态下工作,胶囊机器人总是主动半球自传,作为运动主体,跟随磁场运动,被动半球并不绕轴线转动,形成欠驱动状态。深入分析双半球胶囊机器人运动时姿态特征和方位信息,从而引入陀螺定点运动时的坐标系体系。同时利用拉格朗日方程、陀螺力学等相关原理,推导了被动模态下定点“悬停”调姿的动力学模型与主动模态下的滚动动力学模型。根据机器人的“悬停”调姿的稳定条件,确定了机器人能稳定调姿的最大倾斜角和控制参数选参范围;并根据机器人的爬坡性能,确定了机器人的爬坡运动条件和不同参数下最大爬坡角度。最后,因为双半球机器人运动模型是复杂的时变非线性动力学方程,所以无法得到通用的解析解,只能通过仿真工具进行数值分析。本文主要通过Maple推导了双半球机器人运动模型,并利用Matlab仿真分析了机器人不同运动状态非线性模型的动态特性。通过分析机器人被动模态下姿态角的收敛情况,根据李雅普诺夫稳定性条件验证了机器人在被动条件下“悬停调姿”的稳定性。为了验证机器人的抗干扰能力,对机器人姿态角的时间响应曲线也做了充分分析。此外,机器人具有自站立特性,这确保了机器人的轴线方位始终只有一个,从而对机器人姿态角实现了准确的控制。在一定磁场控制下,机器人通过主被动模态转换,实现了倾斜环境下滚动和爬坡运动,这使得机器人可以按照要求到达指定位置从而进行检查,奠定了机器人在非结构性宽裕空间运动的基础。
宗丰绪[7]（2019）在《仿海蟹机器人路径跟踪控制方法研究》文中进行了进一步梳理近年来,海洋与陆地衔接的浅滩带逐步受到海底资源勘测与开发、环境勘测、科学考究等海洋科学领域的关注,但传统机器人在该区域复杂涉水环境中适应性较差,从而进一步推动适应浅滩作业的机器人技术发展。而具备两栖作业能力的仿海蟹机器人以其自身优越特点可以很好发挥作用。无论执行具体任务或者进行勘测侦查作业情形中,需要合适的控制方法保证机器人能够准确高效按照规划路线运动。本文以生物海蟹作为原型,进行生物观测并对其进行结构和功能仿生和分析,研制出一种具备两栖运动能力的仿海蟹机器人,并选用自抗扰控制方法对该机器人进行路径跟踪控制。以仿生学为基础,对仿海蟹机器人进行结构设计和运动建模。通过对海蟹的生理结构和运动特征进行观测和分析,设计了串并联混合形式的五连杆机构步行足与仿海蟹机器人总机。建立了步行足的运动学方程,对步行足进行正逆运动学解算分析;同时建立仿海蟹机器人运动模型、差速驱动模型、整机运动模型以及简化动力学模型。然后结合所设计多足机器人全局步态,从而得到整机位姿、运动和各驱动关节之间的关系,并应用仿真软件进行仿真验证设计方案合理性和运动学建模的准确性。对仿海蟹机器人在水陆两栖环境中进行运动分析,对仿海蟹机器人进行水下环境动力学、水环境机体运动与步行足力和力矩关系以及机器人承受海底摩擦约束分析。应用智能化方法对仿海蟹机器人进行全局路径规划并且应用栅格法建立环境模型,且应用改进蚁群算法完成对仿海蟹机器人全局路径进行智能化规划。综合考虑非完整约束、机械约束以及机器人水下运动特性,提出满足机器人在水陆两栖环境中能够快速行走要求下的生成临时路径的方法。根据仿海蟹机器人系统特点以及运动模型,对传统的视线导航策略进行改进,并调整参考航向角输出,并建立机器人路径跟踪位姿误差方程,应用自抗扰控制方法设计仿海蟹机器人路径跟踪控制器;将小波神经网络加入二阶自抗扰控制器以提升自抗扰控制器,增强整个机器人控制系统抗干扰能力。针对跟踪误差,对扰动的抵抗程度,稳定度等方面进行仿真分析。对仿海蟹机器人进行路径跟踪运动仿真,并针对控制系统对机器人实际情形中定位误差的抵抗和修正能力加以仿真分析,验证所设计的整个仿海蟹机器人系统正确性、准确性以及抗扰能力。对基于普通自抗扰控制和小波神经网络自抗扰控制仿海蟹机器人进行运动仿真对比分析,结果表明:小波神经网络自抗扰控制拥有很好的动态特性和更强的抑制干扰的能力,具有更好的控制效果。
杨寅,高伟伟[8]（2018）在《适用于在线教育大数据的Hadoop平台高准确度推荐服务（英文）》文中进行了进一步梳理为了提高Hadoop平台下在线教育推荐服务的准确度,更好地为不同类用户提供更精准的资源推送,提出了一种高精度的推荐服务策略。该策略首先采用权重估计对Hadoop平台用户进行分类,接着对在线教育学习资源进行标签化分类并实现用户兴趣资源的参数估计,最后生成推荐策略。实验证明:相比于Item-Based CF策略和Behavior-Based CF策略,该推荐策略的准确度更高。
迟明路[9]（2018）在《花瓣型胶囊机器人游动特性与空间磁矩驱动策略》文中研究表明胶囊机器人在现代生物医学工程学科中具有广泛应用,通过口服进入人体消化道,借助视觉系统和无线传输设备与外界导航通信,能够完成观察、诊断、施药和活检等操作。目前磁驱动螺旋胶囊机器人普遍存在流体动压力小、游动速度慢、对肠道扭曲作用明显、非接触主动转弯驱动性能差等问题,针对这些问题,为了提高胶囊机器人上述综合驱动性能,对机器人的流体扭转力矩、流体动压力和运动速度进行分析,开展这种新型胶囊机器人的流体力学、磁驱动力学、转弯动力学和驱动控制策略等研究,并进行实验验证。主要研究内容如下:基于人体胃肠道生理特点,提出一种具有高流体动压、快速游动、低流体扭转力矩的高性能花瓣型胶囊机器人,并发现了扭转力矩效应。利用该效应研制的花瓣型机器人表面由四个中心角成90°的花瓣廓形瓦片构成,内部由NdFeB永磁体作为内驱动器,加上前、后端盖和套筒等组成机器人本体。扭转力矩效应对流体有增压作用,平稳游动速度更大,流体扭转力矩显着降低,减少了机器人对肠道的扭曲作用,能够使机器人实现无损伤全悬浮转弯行走,同时也能有效降低能耗,综合驱动性能全面提升。提出一种高性能花瓣型胶囊机器人临界耦合磁力矩电流检测法和转差角计算方法,得到转差角与磁场频率关系数学表达式。首先,分析机器人表面流体速度分布,建立流体动压分布模型,得到机器人外部流体动压分布规律,将花瓣型胶囊机器人与圆柱形胶囊机器人的压力梯度、流体动压力和流体扭转力矩进行对比分析。然后,补偿空间旋转磁矢量误差,保证叠加均匀磁矢量;最后,采取逐渐减小有效驱动电流和磁驱动力矩的方式,直到胶囊机器人出现临界丢步现象,根据磁耦合力矩与流体扭转力矩的平衡关系,实现胶囊机器人流体扭转力矩的非接触在线检测和转差角计算,揭示磁场与转差角之间关系。提出一种旋转磁矢量最优空间方位磁导航规划方法。根据胶囊机器人在空间弯曲环境内的几何情况,得到换向角和空间转差角的关系。首先,采用机器人转弯平均速度和转弯平均轨迹偏移量为优化目标,以换向角和驱动距离为决策变量进行多目标优化,由优化换向角获得初始磁矢量方位,实现机器人非接触快速转弯游动。在此基础上,建立空间万向旋转磁场空间磁力矩模型,揭示转弯时空间磁力矩与换向角、平面转差角和空间转差角的关系,然后,运用主要目标法,在磁力矩约束条件下对空间旋转磁矢量最终方位进行精细优化,进一步降低机器人转弯时的磁振动。最后,提出空间弯曲环境内临界耦合磁力矩的检测和计算方法,实现了弯曲环境内的流体扭转力矩的检测。对粘弹性肠道模型动力学特性进行分析,推导肠道变形后的油膜厚度方程,建立胶囊机器人在粘弹性肠道中的流体动压分布模型,建立弯曲环境内胶囊机器人转弯动力学模型。首先,确定花瓣型胶囊机器人转弯稳定域范围,得到机器人转弯稳定性与转差角变化关系,机器人在不同的非线性系统参数下,能够收敛于稳定的焦点、周期震荡;其次,建立封闭液体环境中的转弯流体力矩模型,对转差角与机器人转弯稳定性的影响进行综合分析,揭示胶囊机器人以收敛衰减的螺旋轨迹运动,为稳定的螺旋摆动。搭建高性能花瓣型胶囊机器人实验平台,验证花瓣型胶囊机器人综合驱动性能。首先,对花瓣型胶囊机器人的压力、速度和流体扭转力矩进行实验研究,验证花瓣型胶囊机器人的综合驱动性能。其次,验证临界耦合磁力矩电流检测法,分析花瓣型胶囊机器人对肠道的扭曲作用。然后,利用高清摄像机记录胶囊机器人运动轨迹,分析优化前后机器人轴线与弯管切线偏移距离,验证磁矢量方位磁导航方法的正确性。并采用高清摄像机记录胶囊机器人转弯摆动时的激光投影轨迹方法,检测机器人姿态角随参数变化时包络圆大小,验证转弯动力学模型的正确性。最后,分析流体扭转力矩与油膜厚度以及流体扭转力矩与磁场频率关系,对花瓣型胶囊机器人的全悬浮游动特性进行验证,对比直管与弯管内的流体扭转力矩,并分别进行锐角、直角和圆弧弯角的管内游动转弯实验,驱动效果良好。
潘邵武[10]（2017）在《仿生球形两栖机器人嵌入式实时图像目标跟踪系统》文中认为移动机器人是驱动执行机构和自动控制技术的有机融合系统,在野外搜救、抢险救援、应急输送等领域具有广泛的应用前景。两栖机器人因其在环境适应能力和多地形机动性能方面的优势,已日趋成为一种备受国内外关注的新型移动机器人。图像目标跟踪系统是两栖机器人进行环境感知和行为决策的核心组件,对实现机器人跟踪循迹、视觉伺服、编队协作等自主作业功能具有决定性作用。区别于陆面机器人的常规视觉应用,基于两栖机器人平台的图像目标跟踪系统面临成像质量偏低、光照条件恶劣、观测视角多变、目标机动运动等挑战因素,其准确性和鲁棒性面临更严苛的挑战。与此同时,受限于两栖驱动机理和环境地形特性,并为满足隐蔽侦查和组网布控的应用需求,现有的两栖机器人普遍采用小型化设计,其载荷空间和能源动力严重受限、信息处理和通信传感能力较弱,对其图像目标跟踪系统的高效性和实时性提出了额外要求。本课题以两栖复杂环境的多约束条件为应用背景,旨在立足于小型两栖机器人平台特性和自主作业需求,从机器人机构平台设计、信息系统架构、视觉算法机制等多研究视角,探索构建适用于小型两栖机器人平台、符合两栖环境特性的图像目标跟踪系统,并评测验证其用于两栖机器人应用作业的可行性。首先,在机器人平台方面,面向濒水两栖环境和水下狭窄空间内的作业需求,研究设计了一种采用可变形球形构型、配备“轮-腿-矢量喷水”复合驱动机制、具备两栖通信传感能力的小型仿生两栖机器人。在对其进行机械学和动力学建模分析的基础上,针对环境条件多样、扰动因素复杂、系统参数非线性时变等特点,研究设计了机器人两栖自适应控制系统,控制实现其稳定完成陆上爬坡越障和水中四自由度运动。其次,在信息处理系统方面,针对球形两栖机器人舱室密闭狭窄、能源动力受限、视觉应用实时性要求较高等平台特性,提出并设计了一种基于非对称异构运算的机器人嵌入式实时图像处理系统架构。在该架构下,通过部署面向运算密集型环节的专用固件加速器,实时实现MSRCR（Multi-scale Retinex with Color Restoration）、Gaussian模型运动检测、压缩跟踪等算法,构建满足两栖机器人多任务、低功耗、便携式、高实时性等需求的实时图像目标跟踪系统。第三,在跟踪算法机制方面,针对两栖环境成像特点和目标运动特性,以压缩跟踪算法为基础,采用粒子滤波框架、模型在线更新、模型动态学习等理论工具研究设计机器人目标跟踪算法,改善系统的准确性和鲁棒性。进一步地,针对移动机器人平台的视觉遮挡问题,构建微型两栖RGB-D成像系统,通过融合可见光和深度图像的跟踪结果或目标特征,研究设计并验证具备抗遮挡能力和尺度自适应能力的机器人图像目标跟踪算法。经测试验证,本课题设计的球形两栖机器人系统具备较强的地形/水况适应能力和多自由度机动能力,其目标跟踪算法和信息处理系统可满足两栖多类型场景下机器人视觉应用的实时性、准确性、鲁棒性需求。通过有机整合机器人自适应运动控制系统和图像目标跟踪系统,可实现机器人自主跟随运动、循迹运动、协同作业等应用功能。本课题研究工作,为实现两栖机器人自主航行作业和构建多体协作系统奠定了关键技术基础,对提高小型两栖机器人的智能化和实用化水平具有重要意义。
二、微型机器人蛇行游动机构的系统仿真（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、微型机器人蛇行游动机构的系统仿真（论文提纲范文）
（2）面向早期肿瘤检测应用的活体计算技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 国内外在早期肿瘤检测方面的研究现状及分析 |
| 1.2.1 国外纳米医学肿瘤检测研究现状 |
| 1.2.2 国内纳米医学肿瘤检测研究现状 |
| 1.3 纳米医学在早期肿瘤检测的研究现状简析 |
| 1.4 本文的主要研究目标、研究内容及章节安排 |
| 1.4.1 研究目标 |
| 1.4.2 研究内容 |
| 1.4.3 章节安排 |
| 第2章 活体计算概念的提出 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 生物梯度场 |
| 2.3 计算策略简介 |
| 2.4 活体计算问题表征 |
| 2.4.1 体内约束 |
| 2.4.2 问题定义 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 理想控制条件下的活体计算 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 计算模型的建立 |
| 3.3 基于活体计算的单肿瘤病灶检测 |
| 3.3.1 过程描述 |
| 3.3.2 血流速度变化形态 |
| 3.3.3 血管网络建模 |
| 3.3.4 算法设计 |
| 3.3.5 结果分析 |
| 3.4 基于活体计算的多灶性肿瘤检测 |
| 3.4.1 问题定义 |
| 3.4.2 模型建立 |
| 3.4.3 算法设计 |
| 3.4.4 仿真结果分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 均匀磁场下的活体计算策略 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 活体计算特征分析 |
| 4.3 活体计算建模 |
| 4.3.1 问题推导 |
| 4.3.2 计算步骤 |
| 4.3.3 生物梯度场表示 |
| 4.4 活体计算策略 |
| 4.4.1 顺序进化策略 |
| 4.4.2 弱者优先进化策略 |
| 4.4.3 强者优先进化策略 |
| 4.4.4 随机进化策略 |
| 4.5 算法研究 |
| 4.6 仿真结果分析 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 活体计算的迭代步长研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 肿瘤不同生长阶段的血管网络 |
| 5.3 固定步长的计算策略 |
| 5.4 变化步长的计算策略 |
| 5.5 算法设计 |
| 5.6 仿真结果分析 |
| 5.6.1 “张-弛”策略的验证 |
| 5.6.2 指数进化策略的验证 |
| 5.7 本章小结 |
| 第6章 基于多病灶肿瘤检测的活体计算 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 多病灶肿瘤检测基础 |
| 6.2.1 问题描述 |
| 6.2.2 血管网络模型 |
| 6.2.3 生物梯度场表示 |
| 6.3 多病灶肿瘤检测计算策略 |
| 6.4 算法设计 |
| 6.5 仿真结果分析 |
| 6.6 本章小结 |
| 第7章 活体计算的体外实验验证 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 实验平台搭建 |
| 7.2.1 微流道网络的制备 |
| 7.2.2 微型机器人的制备 |
| 7.2.3 磁场控制系统搭建 |
| 7.3 实验设计 |
| 7.4 实验结果分析 |
| 7.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其他成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（3）农用柔性底盘偏置转向系统控制策略及参数优化试验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景、目的与意义 |
| 1.2 国内外研究进展 |
| 1.2.1 设施环境动力及运输机械研究现状 |
| 1.2.2 轮毂电机驱动车辆研究现状 |
| 1.2.3 电动车辆控制技术研究现状 |
| 1.2.4 本课题组柔性底盘前期研究概述 |
| 1.2.5 存在问题 |
| 1.3 研究内容与技术路线 |
| 1.3.1 研究内容 |
| 1.3.2 技术路线 |
| 第二章 柔性底盘偏置转向系统驱动与转向协同控制特性试验 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 偏置转向机构驱动与转向协同控制方案 |
| 2.2.1 偏置转向机构的结构及特点 |
| 2.2.2 电磁摩擦锁转矩传递模型 |
| 2.2.3 基于PWM技术的协同控制方法 |
| 2.3 偏置转向机构PWM控制测试系统搭建 |
| 2.3.1 驱动控制方案 |
| 2.3.2 电子模块设计 |
| 2.3.3 数据采集系统 |
| 2.4 PWM参数对电磁摩擦锁锁紧力矩的影响 |
| 2.4.1 材料与方法 |
| 2.4.2 试验结果与分析 |
| 2.5 PWM参数对偏置转向机构转向角速度的影响 |
| 2.5.1 材料与方法 |
| 2.5.2 试验结果与分析 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 柔性底盘偏置转向系统PWM参数动态控制方法研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 偏置转向系统动态控制需求分析 |
| 3.3 不同工况下偏置转向系统PWM参数影响规律 |
| 3.3.1 材料与方法 |
| 3.3.2 试验结果与分析 |
| 3.3.3 工况特征参数与占空比的相关性分析 |
| 3.4 偏置转向机构PWM占空比模糊控制 |
| 3.4.1 模糊逻辑控制整体结构 |
| 3.4.2 模糊控制器设计 |
| 3.4.3 模糊控制器参数自整定 |
| 3.4.4 仿真结果分析 |
| 3.5 偏置转向机构PWM占空比控制试验 |
| 3.5.1 材料与方法 |
| 3.5.2 试验结果与分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 柔性底盘偏置转向系统运动耦合控制策略研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 柔性底盘转向模型 |
| 4.2.1 柔性底盘线控转向系统 |
| 4.2.2 柔性底盘转向模型 |
| 4.3 柔性底盘前轮转向交叉耦合控制策略 |
| 4.3.1 轮廓误差的引入 |
| 4.3.2 前轮转向交叉耦合控制 |
| 4.3.3 前轮转向控制仿真 |
| 4.3.4 仿真结果分析 |
| 4.4 柔性底盘四轮转向模式切换耦合控制策略 |
| 4.4.1 环形耦合误差 |
| 4.4.2 四轮转向模式切换耦合控制 |
| 4.4.3 仿真与结果分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 柔性底盘偏置转向系统参数优化试验研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 柔性底盘偏置转向机构运动影响参数分析 |
| 5.2.1 电磁摩擦锁电压 |
| 5.2.2 步进电机转速 |
| 5.2.3 载荷 |
| 5.2.4 轮毂电机转速 |
| 5.3 柔性底盘前轮转向下偏置转向系统参数优化试验 |
| 5.3.1 柔性底盘转向过程分析 |
| 5.3.2 转向工作参数的确定 |
| 5.3.3 转向工作参数分配特性及优化 |
| 5.3.4 优化结果验证 |
| 5.4 柔性底盘四轮转向模式偏置转向系统参数优化试验 |
| 5.4.1 四轮转向模式切换过程分析 |
| 5.4.2 四轮转向模式切换控制参数试验 |
| 5.4.3 控制参数优化及验证 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 柔性底盘硬化路面运动特性试验研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 柔性底盘硬化路面运动综合控制系统设计 |
| 6.2.1 控制系统软硬件 |
| 6.2.2 控制器软件流程 |
| 6.3 柔性底盘运动监测与管理系统开发 |
| 6.3.1 运动监测与管理需求分析 |
| 6.3.2 系统框架设计 |
| 6.3.3 监测与管理系统界面说明 |
| 6.3.4 界面运行调试 |
| 6.4 柔性底盘硬化路面综合试验 |
| 6.4.1 试验设备 |
| 6.4.2 试验方法及过程 |
| 6.5 试验结果与分析 |
| 6.5.1 前轮转向试验结果分析 |
| 6.5.2 四轮转向模式切换试验结果分析 |
| 6.6 本章小结 |
| 第七章 结论及展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 附录 论文符号列表 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（4）微小弯管内磁性小球外磁场驱动与控制系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外发展现状 |
| 1.2.1 外磁场管道驱动技术 |
| 1.2.2 磁悬浮技术 |
| 1.3 课题研究内容 |
| 1.4 论文章节安排 |
| 第二章 磁性小球悬浮系统设计与数值计算 |
| 2.1 磁性小球单维度悬浮系统结构设计 |
| 2.1.1 常见的磁悬浮球系统结构方案 |
| 2.1.2 基于双霍尔传感器结构的磁性小球悬浮系统 |
| 2.2 位置传感器确定及标定 |
| 2.2.1 霍尔效应与线性霍尔传感器 |
| 2.2.2 球型永磁体磁化中心轴线磁场分析 |
| 2.2.3 小球位置测量分析与传感器确定 |
| 2.3 磁场与电磁力分析 |
| 2.3.1 电磁驱动器尺寸结构及参数 |
| 2.3.2 电磁驱动器磁场的数值计算 |
| 2.3.3 电磁力数值计算与分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 磁性小球外磁场驱动与控制软硬件平台 |
| 3.1 系统总体设计 |
| 3.2 试验平台硬件设计 |
| 3.2.1 机械结构设计 |
| 3.2.2 硬件电路设计与选型 |
| 3.2.3 微小弯管内磁性小球外磁场驱动与控制系统硬件平台 |
| 3.3 试验平台软件设计 |
| 3.3.1 下位机软件 |
| 3.3.2 上位机软件 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 磁性小球悬浮控制系统仿真与试验 |
| 4.1 磁性小球悬浮系统模型 |
| 4.1.1 系统数学模型 |
| 4.1.2 控制律选择 |
| 4.2 磁性小球PID悬浮控制 |
| 4.2.1 PID控制器 |
| 4.2.2 磁性小球PID悬浮控制系统模型与仿真 |
| 4.2.3 磁性小球PID悬浮控制试验 |
| 4.3 磁性小球单神经元自适应PID悬浮控制 |
| 4.3.1 单神经元自适应PID控制器 |
| 4.3.2 磁性小球单神经元自适应PID悬浮控制系统模型与仿真 |
| 4.3.3 磁性小球单神经元自适应PID悬浮控制试验 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 微小弯管内磁性小球外磁场驱动与控制试验 |
| 5.1 磁性小球单维度悬浮运动控制试验 |
| 5.1.1 步进式控制方法 |
| 5.1.2 步进式控制试验与分析 |
| 5.2 微小弯管内磁性小球运动控制试验 |
| 5.2.1 磁悬小球运动轨迹规划方法 |
| 5.2.2 沿管道运动试验与分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 课题总结 |
| 6.2 课题创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
（5）基于离子聚合物—金属复合材料的柔性仿生机械结构及其控制系统研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 柔性智能材料IPMC |
| 1.2.1 IPMC简介 |
| 1.2.2 IPMC材料研究现状 |
| 1.2.3 IPMC驱动的机器人研究现状 |
| 1.3 课题来源及主要工作 |
| 1.3.1 课题来源 |
| 1.3.2 本课题研究意义 |
| 1.3.3 本课题的主要工作 |
| 第二章 柔性仿生机械结构和运动方案设计 |
| 2.1 柔性驱动仿生机器鱼形态及结构设计 |
| 2.1.1 鱼类形态及推进方式介绍 |
| 2.1.2 IPMC驱动器设计 |
| 2.1.3 机器鱼结构设计 |
| 2.2 机器鱼的运动模式规划 |
| 2.2.1 直线游动 |
| 2.2.2 转向游动 |
| 2.3 其它柔性仿生机械结构探索 |
| 2.3.1 柔性仿生机器蠕虫 |
| 2.3.2 柔性仿生机器蝴蝶 |
| 2.3.3 柔性驱动步进电机 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 速度控制算法设计与仿真 |
| 3.1 机器鱼运动模型 |
| 3.1.1 尾鳍的水动力模型 |
| 3.1.2 传递函数模型 |
| 3.2 速度的PID控制与仿真 |
| 3.2.1 PID控制理论 |
| 3.2.2 PID控制器设计与仿真 |
| 3.3 速度的模糊PID控制与仿真 |
| 3.3.1 模糊PID控制理论 |
| 3.3.2 模糊PID控制器设计与仿真 |
| 3.4机器鱼的速度控制实验 |
| 3.4.1 机器鱼设计与制作 |
| 3.4.2机器鱼游动实验 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 机器鱼的控制系统设计 |
| 4.1 微控制器单元 |
| 4.2 驱动信号生成单元 |
| 4.3 速度测量单元 |
| 4.3.1 MPU6050 六轴传感器单元 |
| 4.3.2 六轴传感器连接电路 |
| 4.3.3 六轴传感器主要寄存器配置 |
| 4.4 自动避障单元 |
| 4.4.1 避障传感器 |
| 4.4.2 红外传感器避障电路 |
| 4.5 电压转换单元 |
| 4.6 控制系统验证 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 总结和展望 |
| 5.1 本文的主要工作 |
| 5.2 本文创新点 |
| 5.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况 |
（6）双半球胶囊机器人倾斜环境动力学特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 胶囊机器人发展现况 |
| 1.1.1 被动式胶囊内窥镜 |
| 1.1.2 主动式电驱动胶囊机器人 |
| 1.1.3 磁能驱动型胶囊机器人 |
| 1.2 研究现状分析 |
| 1.3 研究意义及主要研究内容 |
| 2 双半球机器人系统原理 |
| 2.1 系统概述 |
| 2.2 机器人结构 |
| 2.3 倾斜环境双模态切换原理 |
| 2.3.1 磁场降维转换机理 |
| 2.3.2 倾斜环境被动模态 |
| 2.3.3 倾斜环境主动模态 |
| 2.4 小结 |
| 3 倾斜环境下双半球胶囊机器人动力学建模 |
| 3.1 建立倾斜环境下坐标系 |
| 3.2 双半球机器人的力矩分析 |
| 3.2.1 机器人耦合磁力矩 |
| 3.2.2 机器人摩擦力矩 |
| 3.2.3 机器人重力矩 |
| 3.3 双半球机器人各模态动力学方程 |
| 3.3.1 倾斜环境被动模态力学模型 |
| 3.3.2 倾斜环境主动模态力学模型 |
| 3.3.3 倾斜环境伪被动模态力学模型 |
| 3.4 小结 |
| 4 系统仿真 |
| 4.1 倾斜环境被动模态特性分析 |
| 4.2 倾斜环境的主动模态特性分析 |
| 4.2.1 双半球机器人倾斜环境下滚动能力仿真 |
| 4.2.2 双半球机器人爬坡性能仿真 |
| 4.3 倾斜环境伪被动模态特性分析 |
| 4.4 小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 附录 MATLAB/Simulink仿真程序 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（7）仿海蟹机器人路径跟踪控制方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 两栖仿生多足机器人研究现状 |
| 1.3 仿生机器人控制方法研究现状 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第2章 仿海蟹机器人结构设计及运动建模 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 仿海蟹机器人结构设计 |
| 2.2.1 生物蟹仿生学观测 |
| 2.2.2 步行足结构设计 |
| 2.2.3 机器人总体结构 |
| 2.2.4 仿海蟹机器人静力学分析 |
| 2.3 仿海蟹机器人步行足运动学分析 |
| 2.3.1 步行足运动学建模与分析 |
| 2.3.2 步行足运动学验证与工作空间分析 |
| 2.4 仿海蟹机器人行走运动学模型 |
| 2.4.1 仿海蟹机器人差速驱动运动分析 |
| 2.4.2 仿海蟹机器人运动步态规划 |
| 2.4.3 仿海蟹机器人整机运动学分析 |
| 2.4.4 仿海蟹机器人偏差模型分析 |
| 2.5 仿海蟹机器人动力学模型 |
| 2.5.1 仿海蟹机器人动力学模型 |
| 2.5.2 仿海蟹机器人动力学简化模型 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 仿海蟹机器人水环境运动分析及路径跟踪策略 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 仿海蟹机器人水环境运动分析 |
| 3.2.1 机器人水环境机体和步行足动力学 |
| 3.2.2 机器人水环境机体加速度和步行足力关系 |
| 3.2.3 机器人水环境机体加速度与关节驱动力矩关系 |
| 3.2.4 考虑摩擦接触的约束方程 |
| 3.3 仿海蟹机器人全局路径规划 |
| 3.3.1 栅格图法构建环境地图模型 |
| 3.3.2 基于改进蚁群算法路径规划 |
| 3.3.3 仿真实验与结果分析 |
| 3.4 临时路径生成 |
| 3.4.1 直线目标路径 |
| 3.4.2 圆形曲线期望路径 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 仿海蟹机器人路径跟踪自抗扰控制 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 自抗扰控制的构成模式 |
| 4.2.1 跟踪微分器 |
| 4.2.2 扩张状态观测器 |
| 4.2.3 非线性状态误差反馈 |
| 4.2.4 自抗扰控制器的参数调整准则 |
| 4.2.5 自抗扰控制器仿真研究 |
| 4.3 参考信号生成 |
| 4.3.1 改进视线导航算法 |
| 4.3.2 输出的调整 |
| 4.4 跟踪误差方程 |
| 4.4.1 建立跟踪误差方程 |
| 4.4.2 参考路径生成 |
| 4.5 仿海蟹机器人自抗扰控制器的设计 |
| 4.6 基于小波神经网络的自抗扰控制器设计 |
| 4.5.1 小波神经网络简介 |
| 4.5.2 小波神经网络结构 |
| 4.5.3 小波神经网络自抗扰控制器 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 仿海蟹机器人路径跟踪仿真实验 |
| 5.1 仿海蟹机器人路径跟踪运动仿真验证 |
| 5.1.1 无误差仿真验证 |
| 5.1.2 有误差仿真分析 |
| 5.2 仿海蟹机器人路径跟踪运动仿真对比实验 |
| 5.2.1 瞬时干扰 |
| 5.2.2 随机干扰 |
| 5.3 仿海蟹机器人路径跟踪仿真结果总结 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
| 致谢 |
（9）花瓣型胶囊机器人游动特性与空间磁矩驱动策略（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外相关工作研究进展 |
| 1.2.1 胶囊机器人研究现状 |
| 1.2.2 磁力/磁力矩驱动胶囊机器人研究现状 |
| 1.2.3 胶囊机器人转弯驱动研究现状 |
| 1.3 本文主要研究思路与内容 |
| 1.3.1 研究内容的提出 |
| 1.3.2 本文主要研究内容 |
| 2 高性能花瓣型胶囊机器人设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 人体胃肠道生理特点 |
| 2.2.1 胃肠道形态及其组织结构 |
| 2.2.2 小肠的结构特点与运动形式 |
| 2.2.3 大肠的结构特点与运动形式 |
| 2.3 花瓣型胶囊机器人设计 |
| 2.3.1 花瓣型胶囊机器人设计要求 |
| 2.3.2 花瓣型胶囊机器人结构 |
| 2.4 空间万向旋转磁矢量叠加与驱动原理 |
| 2.4.1 二维平面磁场 |
| 2.4.2 三维空间磁场 |
| 2.5 电磁驱动系统概述 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 高性能花瓣型胶囊机器人临界耦合磁矩 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 流体扭转力矩效应分析 |
| 3.2.1 收敛楔形间隙 |
| 3.2.2 流体动压力模型建立 |
| 3.2.3 流体扭转力矩效应 |
| 3.2.4 机器人平稳游动速度 |
| 3.3 胶囊机器人直管内临界耦合磁力矩 |
| 3.3.1 临界耦合磁力矩产生原因分析 |
| 3.4 临界耦合磁矩电流检测法 |
| 3.4.1 胶囊机器人启动静止状态 |
| 3.4.2 胶囊机器人运动平衡状态 |
| 3.4.3 胶囊机器人临界耦合状态 |
| 3.4.4 胶囊机器人转差角与磁场频率关系分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 胶囊机器人转弯磁矢量方位优化控制 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 空间曲线模型 |
| 4.3 胶囊机器人空间弯曲环境非接触运动研究 |
| 4.3.1 转向运动原理 |
| 4.3.2 螺旋环境几何参数的确定 |
| 4.3.3 机器人几何越障能力分析 |
| 4.3.4 几何参数的多目标优化 |
| 4.4 空间旋转磁矢量耦合力矩优化 |
| 4.4.1 空间磁力矩建模 |
| 4.4.2 换向角与转差角 |
| 4.4.3 空间弯曲环境内临界耦合磁矩 |
| 4.4.4 空间磁力矩精细优化 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 花瓣型胶囊机器人转弯动力学分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 粘弹性肠道动力学特性 |
| 5.3 转弯流体动压模型 |
| 5.4 环境结构参数对机器人驱动性能影响 |
| 5.4.1 流体动压力对机器人性能影响 |
| 5.4.2 平稳游动速度对机器人性能影响 |
| 5.4.3 流体扭转力矩对机器人性能影响 |
| 5.5 胶囊机器人转弯流体力矩模型 |
| 5.5.1 侧摆流体阻力矩 |
| 5.5.2 俯仰流体阻力矩 |
| 5.6 系统动力学方程 |
| 5.7 胶囊机器人转弯动力学模型仿真 |
| 5.7.1 磁感应强度和角频率对转弯磁力矩的影响 |
| 5.7.2 胶囊机器人稳定性分析 |
| 5.8 本章小结 |
| 6 高性能花瓣型胶囊机器人实验研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验平台 |
| 6.3 实验内容 |
| 6.3.1 花瓣型胶囊机器人通过性实验 |
| 6.3.2 临界耦合磁矩电流检测法实验 |
| 6.3.3 流体扭转力矩效应实验 |
| 6.3.4 机器人流体动压力实验 |
| 6.3.5 机器人速度实验 |
| 6.3.6 机器人转弯动力学验证实验 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（10）仿生球形两栖机器人嵌入式实时图像目标跟踪系统（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 国内外研究现状及发展趋势 |
| 1.2.1 仿生型两栖机器人 |
| 1.2.2 球形两栖机器人 |
| 1.2.3 两栖机器人图像目标跟踪系统 |
| 1.3 本课题主要研究内容 |
| 1.4 论文结构与章节安排 |
| 第2章 球形两栖机器人系统及其运动控制策略 |
| 2.1 前期研究概述与应用需求分析 |
| 2.2 球形两栖机器人系统设计 |
| 2.2.1 球形两栖机器人机械与驱动系统设计 |
| 2.2.2 球形两栖机器人信息与控制系统设计 |
| 2.3 球形两栖机器人运动控制策略设计 |
| 2.3.1 陆上/水底动态爬行步态设计 |
| 2.3.2 水中自适应运动控制策略设计 |
| 2.4 球形两栖机器人运动性能评测 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 球形两栖机器人嵌入式实时图像目标跟踪系统 |
| 3.1 球形两栖机器人嵌入式实时图像处理系统架构 |
| 3.1.1 Zynq-7000 SoC特性与可行性分析 |
| 3.1.2 基于非对称异构运算的嵌入式实时图像处理系统架构设计 |
| 3.2 球形两栖机器人图像预处理模块 |
| 3.2.1 MSRCR图像增强算法原理 |
| 3.2.2 基于FPGA加速的MSRCR图像预处理模块 |
| 3.3 球形两栖机器人图像目标检测与跟踪子系统 |
| 3.3.1 混合Gaussian模型运动检测算法原理与分析 |
| 3.3.2 压缩跟踪算法原理与分析 |
| 3.3.3 基于异构加速的图像目标检测与跟踪系统设计 |
| 3.3.4 FPGA固件优化设计 |
| 3.4 嵌入式实时图像目标跟踪系统性能测试 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于压缩跟踪的球形两栖机器人图像目标跟踪算法 |
| 4.1 压缩跟踪算法特性分析 |
| 4.2 基于粒子滤波的运动预测与候选样本采集机制 |
| 4.3 动态随机Haar-like特征模型 |
| 4.3.1 随机Haar-like特征筛选增强机制 |
| 4.3.2 随机Haar-like特征在线更新机制 |
| 4.4 朴素贝叶斯分类器动态更新机制 |
| 4.5 基于压缩跟踪的球形两栖机器人图像目标跟踪算法测试 |
| 4.5.1 Object Tracking Benchmark标准数据集测试 |
| 4.5.2 机器人两栖实地场景测试 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 基于RGB-D的球形两栖机器人图像目标跟踪算法 |
| 5.1 球形两栖机器人RGB-D成像系统 |
| 5.2 基于跟踪结果融合的RGB-D目标跟踪算法 |
| 5.2.1 基于跟踪结果融合的RGB-D目标跟踪算法框架 |
| 5.2.2 跟踪器参数动态更新机制 |
| 5.3 基于图像特征融合的RGB-D目标跟踪算法 |
| 5.3.1 核化相关滤波跟踪算法原理 |
| 5.3.2 基于图像特征融合的RGB-D目标跟踪算法框架 |
| 5.3.3 深度图像分割处理与抗遮挡机制设计 |
| 5.4 基于RGB-D的球形两栖机器人图像目标跟踪算法测试 |
| 5.4.1 Princeton RGB-D标准数据集测试 |
| 5.4.2 机器人实物场景测试 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 球形两栖机器人图像目标跟踪系统应用功能验证 |
| 6.1 球形两栖机器人循迹运动功能测试 |
| 6.2 球形两栖机器人跟随运动功能测试 |
| 6.3 球形两栖机器人协同作业功能测试 |
| 6.3.1 球形两栖机器人协同运动功能测试 |
| 6.3.2 球形两栖机器人协同跟踪功能测试 |
| 6.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表论文与研究成果清单 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
四、微型机器人蛇行游动机构的系统仿真（论文参考文献）
- [1]软体足式机器人驱动、建模与仿真研究综述[J]. 牛丽周,丁亮,高海波,杨怀广,苏杨,李楠. 机械工程学报, 2021(19)
- [2]面向早期肿瘤检测应用的活体计算技术研究[D]. 师少龙. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
- [3]农用柔性底盘偏置转向系统控制策略及参数优化试验研究[D]. 瞿济伟. 西北农林科技大学, 2020(01)
- [4]微小弯管内磁性小球外磁场驱动与控制系统研究[D]. 张驰. 南京航空航天大学, 2020(07)
- [5]基于离子聚合物—金属复合材料的柔性仿生机械结构及其控制系统研究[D]. 李超群. 合肥工业大学, 2019
- [6]双半球胶囊机器人倾斜环境动力学特性研究[D]. 刘亚涛. 大连理工大学, 2019(02)
- [7]仿海蟹机器人路径跟踪控制方法研究[D]. 宗丰绪. 哈尔滨工程大学, 2019(03)
- [8]适用于在线教育大数据的Hadoop平台高准确度推荐服务（英文）[J]. 杨寅,高伟伟. 机床与液压, 2018(24)
- [9]花瓣型胶囊机器人游动特性与空间磁矩驱动策略[D]. 迟明路. 大连理工大学, 2018(02)
- [10]仿生球形两栖机器人嵌入式实时图像目标跟踪系统[D]. 潘邵武. 北京理工大学, 2017