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高機動仿生機器魚設(shè)計與控制技術(shù)

高機動仿生機器魚設(shè)計與控制技術(shù)

定 價:¥108.00

作 者: 喻俊志,譚民,王碩 著
出版社: 華中科技大學(xué)出版社
叢編項: 智能制造與機器人理論及技術(shù)研究叢書
標(biāo) 簽: >計算機/網(wǎng)絡(luò) >人工智能

ISBN: 9787568027588 出版時間: 2018-01-01 包裝: 精裝
開本: 16開 頁數(shù): 197 字數(shù):  

內(nèi)容簡介

  本書圍繞仿生機器魚的高機動運動,結(jié)合仿生技術(shù)和智能控制方法,對仿生機器魚的研制過程和機動控制進行了系統(tǒng)闡述,主要包括六方面內(nèi)容:仿生魚體波及魚體形態(tài)學(xué)設(shè)計、機器魚二維高機動精準控制、基于仿生CPG的機器魚運動控制、機器魚的三維機動轉(zhuǎn)向控制、機器海豚俯仰及滾翻控制、機器海豚躍水運動控制。本書的每一章對所用機器魚及機器海豚的平臺研制、算法實現(xiàn)及實驗驗證均進行了詳細介紹。各部分的內(nèi)容既相互聯(lián)系又相互獨立,讀者可根據(jù)自己的需要選擇學(xué)習(xí)。本書內(nèi)容全面、系統(tǒng)、新穎、實用,不僅適用于普通高等院校信息科學(xué)、自動化、機電工程及相關(guān)專業(yè)的研究生、本科生及??粕臋C器人學(xué)習(xí)課程,也可作為廣大致力于機器人研究的科研人員和技術(shù)工作者了解水下仿生機器人基礎(chǔ)知識及關(guān)鍵技術(shù)的參考資料和輔助讀物。

作者簡介

  喻俊志,中國科學(xué)院自動化所研究員,博士生導(dǎo)師。國家杰出青年基金獲得者,IEEE高級會員,洪堡學(xué)者,擔(dān)任多個國際期刊包括IEEE Transactions on Robotics、IEEE/ASME Transactions on Mechatronics的編委。主要研究方向為智能機器人、機電一體化、計算智能等。先后主持國家和省部級以及應(yīng)用科研項目20余項,包括國家自然科學(xué)基金重點項目、863項目等。在機器人與自動化領(lǐng)域國際知名SCI期刊上發(fā)表論文70余篇,包括IEEE匯刊論文35篇,9次獲IEEE ROBIO、IEEE-CYBER等會議佳論文獎。獲得授權(quán)發(fā)明專利22項、軟件著作權(quán)12項、制定地方標(biāo)準1項,部分成果已在水質(zhì)監(jiān)測和水中機器人大賽上得到應(yīng)用,部分成果已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。獲北京市科學(xué)技術(shù)一等獎(排名第二)、北京市科技新星、中國自動化學(xué)會青年科學(xué)家獎等。譚民,中國科學(xué)院自動化所研究員,博士生導(dǎo)師。國家杰出青年基金獲得者,國家基金委創(chuàng)新研究群體負責(zé)人,國務(wù)院學(xué)位委員會第七屆學(xué)科評議組成員,新世紀百千萬人才工程國jia級人選,中國科學(xué)院“百人計劃”入選者。曾擔(dān)任國家“十五”863計劃機器人技術(shù)主題專家組成員,國家“十一五”863計劃先進制造領(lǐng)域?qū)<医M成員。近年來在先進機器人控制、仿生機器人、多機器人協(xié)調(diào)與控制等方面開展研究與開發(fā)工作,負責(zé)和參加國家863計劃項目、973項目、自然科學(xué)基金項目等20余項。發(fā)表SCI收錄論文100余篇,獲授權(quán)國家發(fā)明專利50余項。擔(dān)任多個學(xué)術(shù)期刊的編委和多個專業(yè)委員會的委員。王碩,中國科學(xué)院自動化研究所研究員,博士生導(dǎo)師,國際標(biāo)準化組織ISO/TC 299專家,中國機電一體化技術(shù)應(yīng)用協(xié)會第六屆理事會常務(wù)理事,中國人工智能學(xué)會智能機器人專業(yè)委員會委員,中國宇航學(xué)會機器人專業(yè)委員會委員。主要從事水下仿生機器人、智能機器人控制、多機器人系統(tǒng)研究。主持和參加973項目、國家安全重大基礎(chǔ)研究項目、自然科學(xué)基金重點和面上項目、國家863計劃項目、支撐計劃項目、國際合作項目等20余項。合著圖書3本,發(fā)表SCI/EI學(xué)術(shù)論文70余篇,獲授權(quán)國家發(fā)明專利20項,軟件著作權(quán)登記7項,主持制定機器人國家標(biāo)準2項。

圖書目錄

第1章緒論(1)
1.1引言(1)
1.2仿生機器人簡介(3)
1.3水下仿生機器人簡介(7)
1.3.1魚類生物學(xué)基礎(chǔ)(7)
1.3.2水下仿生機器人的主要研究內(nèi)容(10)
1.3.3水下仿生機器人的技術(shù)難點(12)
1.4國內(nèi)外研究現(xiàn)狀(13)
1.4.1機器魚的研究現(xiàn)狀(13)
1.4.2機器海豚的研究現(xiàn)狀(19)
本章參考文獻(23)
第2章仿生魚體波及魚體形態(tài)學(xué)設(shè)計(27)
2.1引言(27)
2.2高效游動的必要條件(28)
2.3魚體波設(shè)計(28)
2.4魚體形態(tài)學(xué)設(shè)計(30)
2.4.1尾鰭及其對應(yīng)鰭的生成(34)
2.4.2胸鰭與其對應(yīng)鰭的生成(35)
2.4.3金槍魚腹鰭的生成(35)
2.5魚體波仿真(36)
2.6與Lighthill魚體波的關(guān)系(40)
2.7應(yīng)用與討論(41)
2.8小結(jié)(42)
本章參考文獻(42)
第3章機器魚二維高機動精準控制(44)
3.1引言(44)
3.2C形起動的定義(45)
3.3C形起動各階段的設(shè)計(45)
3.3.1彎曲階段(46)
3.3.2保持階段(49)
3.3.3伸展階段(50)
3.3.4精準轉(zhuǎn)彎控制策略(54)
3.4定向游動(55)
3.5實驗(57)
3.5.1三關(guān)節(jié)小型機器魚原地轉(zhuǎn)向?qū)嶒?59)
3.5.2四關(guān)節(jié)大型機器魚C形起動實驗(60)
3.5.3四關(guān)節(jié)中型機器魚高速C形起動實驗(64)
3.5.4四關(guān)節(jié)中型機器魚S形起動與定向游動實驗(68)
3.6討論(70)
3.7小結(jié)(71)
本章參考文獻(71)
第4章基于仿生CPG的機器魚運動控制(73)
4.1引言(73)
4.2仿生CPG模型(74)
4.2.1Hopf振蕩器的CPG模型(74)
4.2.2引入相位因子的CPG模型(74)
4.3基于Kane動力學(xué)模型的CPG參數(shù)優(yōu)化(76)
4.3.1Kane動力學(xué)建模(76)
4.3.2CPG參數(shù)優(yōu)化(81)
4.3.3仿真與實驗(82)
4.4CPG振蕩器相位差對游動性能的影響(85)
4.4.1游動性能指標(biāo)(86)
4.4.2一致相位差下的性能分析(87)
4.4.3非一致相位差下的性能分析(88)
4.4.4討論(90)
4.5機器魚倒游機動運動控制(91)
4.5.1倒游機動運動控制(91)
4.5.2實驗結(jié)果(94)
4.6機器魚直游、倒游運動學(xué)分析(97)
4.7小結(jié)(100)
本章參考文獻(101)
第5章機器魚的三維機動轉(zhuǎn)向控制(104)
5.1引言(104)
5.2機器魚機構(gòu)設(shè)計(105)
5.2.1偏航頭部設(shè)計(106)
5.2.2多自由度胸鰭機構(gòu)設(shè)計(106)
5.2.3多關(guān)節(jié)魚體及尾鰭設(shè)計(107)
5.3基于CPG的多模態(tài)運動控制(108)
5.3.1CPG網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)(108)
5.3.2多模態(tài)運動控制(109)
5.4機器魚S形起動運動控制(111)
5.4.1北美狗魚S形起動分析(111)
5.4.2彎曲階段設(shè)計(113)
5.4.3伸展階段設(shè)計(115)
5.4.4實驗與分析(119)
5.5機器魚三維機動運動控制(123)
5.5.1偏航機動(123)
5.5.2俯仰機動(124)
5.5.3橫滾機動(126)
5.6小結(jié)(127)
本章參考文獻(128)
第6章機器海豚俯仰及滾翻控制 (130)
6.1引言(130)
6.2海豚推進機構(gòu)(131)
6.3俯仰控制(132)
6.4前滾翻控制(133)
6.4.1前滾翻實驗(133)
6.4.2前滾翻模型(135)
6.5后滾翻控制(138)
6.5.1后滾翻實驗(138)
6.5.2后滾翻模型(140)
6.6復(fù)合滾翻運動(140)
6.7討論(142)
6.8小結(jié)(142)
本章參考文獻(143)
第7章機器海豚躍水運動控制(145)
7.1引言(145)
7.2海豚躍水建模與分析(146)
7.2.1生物學(xué)特性(146)
7.2.2三階段躍水模型(147)
7.2.3尾關(guān)節(jié)功率估算(153)
7.3機器海豚機構(gòu)設(shè)計(156)
7.3.1總體設(shè)計(156)
7.3.2頸關(guān)節(jié)及頭部設(shè)計(160)
7.3.3腰關(guān)節(jié)及軀干設(shè)計(161)
7.3.4尾關(guān)節(jié)及尾柄設(shè)計(161)
7.3.5胸鰭設(shè)計(162)
7.3.6背鰭設(shè)計(163)
7.3.7尾鰭設(shè)計(163)
7.3.8平衡塊設(shè)計(163)
7.4攻角控制算法(164)
7.4.1攻角變化規(guī)律(165)
7.4.2關(guān)節(jié)角計算(167)
7.4.3快速游動反饋控制策略(169)
7.5轉(zhuǎn)向及定向控制策略(169)
7.6躍水控制(171)
7.6.1俯仰控制方法(172)
7.6.2橫滾控制方法(172)
7.6.3偏航控制方法(172)
7.6.4深度控制方法(175)
7.6.5躍水控制方法(176)
7.7實驗與討論(178)
7.7.1游速測試與分析(178)
7.7.2躍水測試與分析(180)
7.7.3討論(186)
7.8小結(jié)(187)
本章參考文獻(187)
第8章總結(jié)與展望(190)
8.1仿生機器魚的特征和優(yōu)勢(190)
8.2仿生機器魚的重點發(fā)展方向(193)

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