基本信息
- 項目名稱：
- 基于IPMC的小型智能仿生機器魚
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本文基于低驅(qū)動電壓、高應變響應的柔性材料IPMC，研制了一套智能仿生機器魚系統(tǒng)。首先制備IPMC材料作為尾鰭驅(qū)動器，又研制了定位定向和水溫測量系統(tǒng)。機器魚向周圍發(fā)射紅外線和超聲波，3個定位基站測量紅外線與超聲波到達的時間差得到與機器魚的距離。距離信息與溫度傳感器和數(shù)字羅盤信息，通過ZigBee無線網(wǎng)絡發(fā)送給上位機。上位機計算出機器魚的坐標，并利用圖形用戶界面將機器魚的坐標、溫度和角度數(shù)據(jù)顯示出來。
- 詳細介紹：
- 機器魚是人們進行海洋探測與研究的有效途徑，對機器魚的研究也不斷完善。針對采用電機作為驅(qū)動器的傳統(tǒng)仿生機器魚體積較大且機構(gòu)復雜的缺點，本文采用具有低驅(qū)動電壓、高應變響應特性的新興的柔性智能材料IPMC設(shè)計了一套基于IPMC驅(qū)動器的小型智能仿生機器魚系統(tǒng)。本文首先研究了IPMC材料的制備方法和工藝，研制出了高響應形變的IPMC材料作為機器魚的尾鰭驅(qū)動器，實驗證實具有良好的驅(qū)動效果。該系統(tǒng)又具有定位定向和水溫測量等功能。在該系統(tǒng)中機器魚可以向周圍的基站發(fā)射紅外線和超聲波信號，基站通過測定所接收到紅外線與超聲波之間的時間差來計算機器魚與定位基站間的距離，所測量的數(shù)據(jù)可以通過Zigbee無線通信網(wǎng)絡反饋給機器魚。同時，機器魚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打包發(fā)送給上位機。上位機利用所測量到的距離數(shù)據(jù)通過定位算法確定機器魚的坐標，從而實現(xiàn)機器魚定位。利用圖形用戶界面可以將機器魚的定位坐標、溫度數(shù)據(jù)和角度數(shù)據(jù)顯示出來。 通過實驗對我們機器魚系統(tǒng)進行了全面的測試。首先，通過改變驅(qū)動信號的頻率來測定了機器魚的游動速度。其次，驗證了定位基站與機器魚的通信功能，并測定了測距系統(tǒng)的精度。最后，在對測距系統(tǒng)精度矯正的基礎(chǔ)上驗證了機器魚的定位功能，進而用圖形用戶界面顯示出來。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 本作品采用具有低驅(qū)動電壓、高響應特性的柔性智能材料IPMC設(shè)計了一套基于IPMC驅(qū)動器的小型智能仿生機器魚系統(tǒng)。首先研制出高響應形變的IPMC材料作為機器魚的尾鰭驅(qū)動器。又研制了超聲波與紅外線結(jié)合的基站式定位系統(tǒng)。機器魚安裝有溫度傳感器和數(shù)字羅盤。系統(tǒng)利用ZigBee無線通信網(wǎng)絡在兩條機器魚、三個定位基站以及上位機之間傳遞位置、溫度、角度信息。上位機利用圖形用戶界面顯示機器魚的坐標、溫度和角度等。
科學性、先進性
- 本作品采用IPMC這種新型柔性智能材料作為仿生機器魚的驅(qū)動器，可以避免機器魚的復雜結(jié)構(gòu)，降低噪聲，提高其游動效率，有利于機器魚向仿生及實際應用方向的發(fā)展。除此之外，本作品還建立了一個功能較完善的機器魚開發(fā)平臺，為機器魚配備了區(qū)域定位功能、網(wǎng)絡通信功能、定向功能、溫度測量功能和上位機監(jiān)控等功能，為今后此類機器魚的繼續(xù)發(fā)展完善奠定了基礎(chǔ)。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 基于此作品發(fā)表EI檢索論文3篇，申請國家發(fā)明專利1項
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品、模型、圖片
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 本作品驗證了IPMC材料作為機器魚驅(qū)動器的可行性，以柔性材料驅(qū)動機器魚，使其仿生性獲得提高。并開發(fā)了一系列系統(tǒng)(定位、通信、測溫、監(jiān)控等)來豐富這一機器魚的功能，使其具備了一定的應用前景。
同類課題研究水平概述
- 對于IPMC柔性智能材料的研究在國內(nèi)外均屬較新課題。目前國內(nèi)能夠制備IPMC材料的只有我實驗室與南航兩家。國內(nèi)外已有一些利用IPMC材料驅(qū)動機器魚的報道，但機器魚系統(tǒng)均十分簡單，只能實現(xiàn)單條機器魚的游動。本課題將IPMC驅(qū)動的機器魚應用在多智能體協(xié)調(diào)控制與信號采集系統(tǒng)中，兩條機器魚同時運動，并實現(xiàn)定位、定向及溫度采集及無線網(wǎng)絡通信的功能，是同類驅(qū)動方式機器魚中性能最為完善的。
