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高機(jī)動(dòng)仿生機(jī)器魚(yú)設(shè)計(jì)與控制技術(shù)

高機(jī)動(dòng)仿生機(jī)器魚(yú)設(shè)計(jì)與控制技術(shù)

定 價(jià):¥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(xiàng): 智能制造與機(jī)器人理論及技術(shù)研究叢書(shū)
標(biāo) 簽: >計(jì)算機(jī)/網(wǎng)絡(luò) >人工智能

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ISBN: 9787568027588 出版時(shí)間: 2018-01-01 包裝: 精裝
開(kāi)本: 16開(kāi) 頁(yè)數(shù): 197 字?jǐn)?shù):  

內(nèi)容簡(jiǎn)介

  本書(shū)圍繞仿生機(jī)器魚(yú)的高機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng),結(jié)合仿生技術(shù)和智能控制方法,對(duì)仿生機(jī)器魚(yú)的研制過(guò)程和機(jī)動(dòng)控制進(jìn)行了系統(tǒng)闡述,主要包括六方面內(nèi)容:仿生魚(yú)體波及魚(yú)體形態(tài)學(xué)設(shè)計(jì)、機(jī)器魚(yú)二維高機(jī)動(dòng)精準(zhǔn)控制、基于仿生CPG的機(jī)器魚(yú)運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)器魚(yú)的三維機(jī)動(dòng)轉(zhuǎn)向控制、機(jī)器海豚俯仰及滾翻控制、機(jī)器海豚躍水運(yùn)動(dòng)控制。本書(shū)的每一章對(duì)所用機(jī)器魚(yú)及機(jī)器海豚的平臺(tái)研制、算法實(shí)現(xiàn)及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證均進(jìn)行了詳細(xì)介紹。各部分的內(nèi)容既相互聯(lián)系又相互獨(dú)立,讀者可根據(jù)自己的需要選擇學(xué)習(xí)。本書(shū)內(nèi)容全面、系統(tǒng)、新穎、實(shí)用,不僅適用于普通高等院校信息科學(xué)、自動(dòng)化、機(jī)電工程及相關(guān)專業(yè)的研究生、本科生及??粕臋C(jī)器人學(xué)習(xí)課程,也可作為廣大致力于機(jī)器人研究的科研人員和技術(shù)工作者了解水下仿生機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)及關(guān)鍵技術(shù)的參考資料和輔助讀物。

作者簡(jiǎn)介

  喻俊志,中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化所研究員,博士生導(dǎo)師。國(guó)家杰出青年基金獲得者,IEEE高級(jí)會(huì)員,洪堡學(xué)者,擔(dān)任多個(gè)國(guó)際期刊包括IEEE Transactions on Robotics、IEEE/ASME Transactions on Mechatronics的編委。主要研究方向?yàn)橹悄軝C(jī)器人、機(jī)電一體化、計(jì)算智能等。先后主持國(guó)家和省部級(jí)以及應(yīng)用科研項(xiàng)目20余項(xiàng),包括國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、863項(xiàng)目等。在機(jī)器人與自動(dòng)化領(lǐng)域國(guó)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(huì)議佳論文獎(jiǎng)。獲得授權(quán)發(fā)明專利22項(xiàng)、軟件著作權(quán)12項(xiàng)、制定地方標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng),部分成果已在水質(zhì)監(jiān)測(cè)和水中機(jī)器人大賽上得到應(yīng)用,部分成果已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。獲北京市科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)(排名第二)、北京市科技新星、中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)青年科學(xué)家獎(jiǎng)等。譚民,中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化所研究員,博士生導(dǎo)師。國(guó)家杰出青年基金獲得者,國(guó)家基金委創(chuàng)新研究群體負(fù)責(zé)人,國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)第七屆學(xué)科評(píng)議組成員,新世紀(jì)百千萬(wàn)人才工程國(guó)jia級(jí)人選,中國(guó)科學(xué)院“百人計(jì)劃”入選者。曾擔(dān)任國(guó)家“十五”863計(jì)劃?rùn)C(jī)器人技術(shù)主題專家組成員,國(guó)家“十一五”863計(jì)劃先進(jìn)制造領(lǐng)域?qū)<医M成員。近年來(lái)在先進(jìn)機(jī)器人控制、仿生機(jī)器人、多機(jī)器人協(xié)調(diào)與控制等方面開(kāi)展研究與開(kāi)發(fā)工作,負(fù)責(zé)和參加國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目、973項(xiàng)目、自然科學(xué)基金項(xiàng)目等20余項(xiàng)。發(fā)表SCI收錄論文100余篇,獲授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利50余項(xiàng)。擔(dān)任多個(gè)學(xué)術(shù)期刊的編委和多個(gè)專業(yè)委員會(huì)的委員。王碩,中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所研究員,博士生導(dǎo)師,國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO/TC 299專家,中國(guó)機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用協(xié)會(huì)第六屆理事會(huì)常務(wù)理事,中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)智能機(jī)器人專業(yè)委員會(huì)委員,中國(guó)宇航學(xué)會(huì)機(jī)器人專業(yè)委員會(huì)委員。主要從事水下仿生機(jī)器人、智能機(jī)器人控制、多機(jī)器人系統(tǒng)研究。主持和參加973項(xiàng)目、國(guó)家安全重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目、自然科學(xué)基金重點(diǎn)和面上項(xiàng)目、國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目、支撐計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)際合作項(xiàng)目等20余項(xiàng)。合著圖書(shū)3本,發(fā)表SCI/EI學(xué)術(shù)論文70余篇,獲授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利20項(xiàng),軟件著作權(quán)登記7項(xiàng),主持制定機(jī)器人國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)。

圖書(shū)目錄

第1章緒論(1)
1.1引言(1)
1.2仿生機(jī)器人簡(jiǎn)介(3)
1.3水下仿生機(jī)器人簡(jiǎn)介(7)
1.3.1魚(yú)類(lèi)生物學(xué)基礎(chǔ)(7)
1.3.2水下仿生機(jī)器人的主要研究?jī)?nèi)容(10)
1.3.3水下仿生機(jī)器人的技術(shù)難點(diǎn)(12)
1.4國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀(13)
1.4.1機(jī)器魚(yú)的研究現(xiàn)狀(13)
1.4.2機(jī)器海豚的研究現(xiàn)狀(19)
本章參考文獻(xiàn)(23)
第2章仿生魚(yú)體波及魚(yú)體形態(tài)學(xué)設(shè)計(jì)(27)
2.1引言(27)
2.2高效游動(dòng)的必要條件(28)
2.3魚(yú)體波設(shè)計(jì)(28)
2.4魚(yú)體形態(tài)學(xué)設(shè)計(jì)(30)
2.4.1尾鰭及其對(duì)應(yīng)鰭的生成(34)
2.4.2胸鰭與其對(duì)應(yīng)鰭的生成(35)
2.4.3金槍魚(yú)腹鰭的生成(35)
2.5魚(yú)體波仿真(36)
2.6與Lighthill魚(yú)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(xiàn)(42)
第3章機(jī)器魚(yú)二維高機(jī)動(dòng)精準(zhǔn)控制(44)
3.1引言(44)
3.2C形起動(dòng)的定義(45)
3.3C形起動(dòng)各階段的設(shè)計(jì)(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(zhǔn)轉(zhuǎn)彎控制策略(54)
3.4定向游動(dòng)(55)
3.5實(shí)驗(yàn)(57)
3.5.1三關(guān)節(jié)小型機(jī)器魚(yú)原地轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)(59)
3.5.2四關(guān)節(jié)大型機(jī)器魚(yú)C形起動(dòng)實(shí)驗(yàn)(60)
3.5.3四關(guān)節(jié)中型機(jī)器魚(yú)高速C形起動(dòng)實(shí)驗(yàn)(64)
3.5.4四關(guān)節(jié)中型機(jī)器魚(yú)S形起動(dòng)與定向游動(dòng)實(shí)驗(yàn)(68)
3.6討論(70)
3.7小結(jié)(71)
本章參考文獻(xiàn)(71)
第4章基于仿生CPG的機(jī)器魚(yú)運(yùn)動(dòng)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(dòng)力學(xué)模型的CPG參數(shù)優(yōu)化(76)
4.3.1Kane動(dòng)力學(xué)建模(76)
4.3.2CPG參數(shù)優(yōu)化(81)
4.3.3仿真與實(shí)驗(yàn)(82)
4.4CPG振蕩器相位差對(duì)游動(dòng)性能的影響(85)
4.4.1游動(dòng)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(jī)器魚(yú)倒游機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制(91)
4.5.1倒游機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制(91)
4.5.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果(94)
4.6機(jī)器魚(yú)直游、倒游運(yùn)動(dòng)學(xué)分析(97)
4.7小結(jié)(100)
本章參考文獻(xiàn)(101)
第5章機(jī)器魚(yú)的三維機(jī)動(dòng)轉(zhuǎn)向控制(104)
5.1引言(104)
5.2機(jī)器魚(yú)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)(105)
5.2.1偏航頭部設(shè)計(jì)(106)
5.2.2多自由度胸鰭機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)(106)
5.2.3多關(guān)節(jié)魚(yú)體及尾鰭設(shè)計(jì)(107)
5.3基于CPG的多模態(tài)運(yùn)動(dòng)控制(108)
5.3.1CPG網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(108)
5.3.2多模態(tài)運(yùn)動(dòng)控制(109)
5.4機(jī)器魚(yú)S形起動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制(111)
5.4.1北美狗魚(yú)S形起動(dòng)分析(111)
5.4.2彎曲階段設(shè)計(jì)(113)
5.4.3伸展階段設(shè)計(jì)(115)
5.4.4實(shí)驗(yàn)與分析(119)
5.5機(jī)器魚(yú)三維機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制(123)
5.5.1偏航機(jī)動(dòng)(123)
5.5.2俯仰機(jī)動(dòng)(124)
5.5.3橫滾機(jī)動(dòng)(126)
5.6小結(jié)(127)
本章參考文獻(xiàn)(128)
第6章機(jī)器海豚俯仰及滾翻控制 (130)
6.1引言(130)
6.2海豚推進(jìn)機(jī)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(shí)驗(yàn)(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(shí)驗(yàn)(138)
6.5.2后滾翻模型(140)
6.6復(fù)合滾翻運(yùn)動(dòng)(140)
6.7討論(142)
6.8小結(jié)(142)
本章參考文獻(xiàn)(143)
第7章機(jī)器海豚躍水運(yùn)動(dòng)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(jī)器海豚機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)(156)
7.3.1總體設(shè)計(jì)(156)
7.3.2頸關(guān)節(jié)及頭部設(shè)計(jì)(160)
7.3.3腰關(guān)節(jié)及軀干設(shè)計(jì)(161)
7.3.4尾關(guān)節(jié)及尾柄設(shè)計(jì)(161)
7.3.5胸鰭設(shè)計(jì)(162)
7.3.6背鰭設(shè)計(jì)(163)
7.3.7尾鰭設(shè)計(jì)(163)
7.3.8平衡塊設(shè)計(jì)(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(jì)算(167)
7.4.3快速游動(dòng)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(shí)驗(yàn)與討論(178)
7.7.1游速測(cè)試與分析(178)
7.7.2躍水測(cè)試與分析(180)
7.7.3討論(186)
7.8小結(jié)(187)
本章參考文獻(xiàn)(187)
第8章總結(jié)與展望(190)
8.1仿生機(jī)器魚(yú)的特征和優(yōu)勢(shì)(190)
8.2仿生機(jī)器魚(yú)的重點(diǎn)發(fā)展方向(193)

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