仿生机器鱼高效与高机动控制的理论与方法

1、仿生机器鱼高效与高机动控制的理论与方法

来源：中国科技网

2014年03月28日16:13

由中国科学院自动化研究所完成

该成果属于机器人学、信息科学与仿生学的交叉领域。成果系统深入研究了鱼类高效、高机动运动所蕴含的科学问题和关键技术，提出了仿生机器鱼的智能控制理论和方法，为兼具效率和机动性的水下航行器开发与应用提供了理论基础。其主要发现点包括：1．首次提出了描述鱼体周期性形变运动的“基波”概念，建立了仿生机器鱼高效运动的鱼体波模型，提出了多关节仿生机器鱼稳定三维游动的控制方法，并利用研制完成的仿生机器鱼验证了鱼类高效推进机理。

2．率先提出基于C曲线的动态轨迹法来实现仿生机器鱼的高机动转弯运动，构建了仿生机器鱼三维空间复杂机动运动的智能控制方法体系框架，在国际上首次实现了机器海豚的滚翻和跃水等高机动运动。

3．创新性地提出了仿生机器鱼的多连杆机构优化指标设计方法，推导了仿生机器鱼稳态游动下的受力描述，提出了基于时滞神经网络模型的机构优化方法并证明了该方法的全局指数稳定条件，通过机构优化提升了仿生机器鱼的游动性能。

4．系统地构建了多仿生机器鱼系统基于局部信息感知和有限通讯的协作框架和协调机制，提出了分布式鲁棒自适应神经网络控制方法，证明了有限通讯条件下系统达到一致状态的充要条件，实现了多仿生机器鱼系统协作完成编队、搬运、监控等作业。

该成果发表SCI论文114篇，SCI他引552次，撰写图书3部，获授权发明专利18项，获中国科学院优秀博士论文1次、北京市优秀博士论文1次。

该成果通过多个学科诸如仿生学、机器人学、信息科学等的交互、融合，使鱼类基础理论研究与仿生机器鱼系统研究之间形成相互依托、创新发展的路径，不仅对于鱼类运动学、动力学、感知机制等的研究具有重要的科学意义，而且对于仿生机器鱼的高效、高机动、环境适应等设计具有重要的参考和应用价值。