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機(jī)器人|盡管已經(jīng)開發(fā)了受魚啟發(fā)的機(jī)器人，但它們?nèi)詿o(wú)法準(zhǔn)確地模仿魚的運(yùn)動(dòng)模式

機(jī)器人傳感器算法

機(jī)器人|盡管已經(jīng)開發(fā)了受魚啟發(fā)的機(jī)器人，但它們?nèi)詿o(wú)法準(zhǔn)確地模仿魚的運(yùn)動(dòng)模式

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研究人員已經(jīng)開發(fā)了許多用于在動(dòng)態(tài)和靜態(tài)障礙物中協(xié)商最佳路徑的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法 。 魚類啟發(fā)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是水生環(huán)境引起的干擾 。 盡管使用了反饋控制器 ， 但由于電流和阻力引起的環(huán)境干擾會(huì)影響機(jī)器人的運(yùn)動(dòng) 。 這需要開發(fā)智能運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法 ， 該算法可以在考慮環(huán)境干擾的情況下生成無(wú)障礙軌跡在除了高級(jí)規(guī)劃算法外 ， 還需要開發(fā)新的反饋控制算法 ， 以最大限度地減少由于環(huán)境因素 。

使用軟機(jī)器人提高生物模擬的準(zhǔn)確性——盡管已經(jīng)開發(fā)了各種受魚啟發(fā)的機(jī)器人 ， 但它們無(wú)法準(zhǔn)確地模仿真魚的運(yùn)動(dòng)模式 。 主要原因可以歸因于機(jī)器人中使用離散和剛性鏈接 ， 而不是由肌肉和肌腱組成的魚的柔性身體 。 與魚類不同 ， 機(jī)器人的剛性結(jié)構(gòu)部件阻礙了自然連續(xù)的身體運(yùn)動(dòng) 。 為了緩解這個(gè)問題 ， 正在探索使用軟材料制造順從的機(jī)器人連桿 ， 以實(shí)現(xiàn)類似魚的連續(xù)運(yùn)動(dòng) 。

在機(jī)器人中使用軟材料可以提高靈活性和連續(xù)結(jié)構(gòu) ， 從而可以為機(jī)器人提供無(wú)限的自由度 ， 從而實(shí)現(xiàn)高機(jī)動(dòng)性 。軟材料在魚類啟發(fā)機(jī)器人中應(yīng)用領(lǐng)域的開放研究問題包括使用功能材料自下而上設(shè)計(jì)機(jī)器人主體 ， 以便將執(zhí)行器和傳感器嵌入機(jī)器人主體 ， 設(shè)計(jì)板載緊湊型電氣系統(tǒng) ， 為智能和軟執(zhí)行器提供足夠的動(dòng)力和控制 ， 設(shè)計(jì)機(jī)器人與周圍水的適當(dāng)絕緣機(jī)械設(shè)計(jì)在形狀記憶合金、等情況下管理驅(qū)動(dòng)熱的系統(tǒng) ， 以及智能材料的運(yùn)動(dòng)建模和模擬以及用于生物模擬的控制器設(shè)計(jì) 。

為了提高機(jī)器人的自主性 ， 需要開發(fā)規(guī)劃算法 。 為了開發(fā)規(guī)劃系統(tǒng) ， 需要在兩個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行研究 ， 即開發(fā)適用于受魚啟發(fā)的機(jī)器人的新型路徑規(guī)劃算法和開發(fā)動(dòng)力學(xué)模擬器 。 由于超冗余、環(huán)境噪聲和傳感器噪聲 ， 受魚啟發(fā)的機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃在高維狀態(tài)空間方面面臨著明顯的挑戰(zhàn) 。 需要開發(fā)處理這些因素的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法 。除了運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法之外 ， 還需要開發(fā)高保真度以及高性能動(dòng)力學(xué)模擬器 。

動(dòng)態(tài)模擬器有助于在實(shí)際使用之前確定計(jì)劃的可行性 。 用于開發(fā)模擬器的控制方程應(yīng)以剛體運(yùn)動(dòng)以及剛性-流體相互作用考慮在內(nèi) 。 由于計(jì)算量的增加 ， 實(shí)現(xiàn)高保真度可能會(huì)導(dǎo)致性能受損 。 因此 ， 實(shí)現(xiàn)高仿真性能和保真度的模型簡(jiǎn)化是一個(gè)開放的研究領(lǐng)域 。更好的以魚為靈感的機(jī)器人設(shè)計(jì)工具——已經(jīng)開發(fā)了各種設(shè)計(jì)工具 ， 如建模、多體運(yùn)動(dòng)模擬和各種電氣電路設(shè)計(jì)工具 。 需要整合所有這些 ， 并開發(fā)一個(gè)統(tǒng)一的仿魚機(jī)器人開發(fā)軟件平臺(tái) 。

設(shè)計(jì)平臺(tái)應(yīng)容納合適的成像和分析模塊 ， 以獲取魚類運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)視頻片段并推斷形態(tài)細(xì)節(jié)和運(yùn)動(dòng)模式的各種細(xì)微差別 。 信息 從成像和分析模塊中提取的數(shù)據(jù)可以直接整合到工具中 。 這種集成開發(fā)環(huán)境有助于對(duì)機(jī)器人設(shè)計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)和迭代 ， 以針對(duì)各種目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化 。制造研究——機(jī)器人領(lǐng)域的原型設(shè)計(jì)和大規(guī)模制造都需要制造技術(shù) 。 增材制造技術(shù) ， 也稱為“快速成型”和“三維打印” ， 以及激光和水射流切割等新型減材技術(shù)已經(jīng)開發(fā)出來(lái) ， 并被用于原型制造 ， 從而在機(jī)器人技術(shù)中大量開發(fā)新設(shè)計(jì) 。

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