多向气动驱动器软体仿生舌弯曲状态的研究

以软体仿生舌为研究对象,针对多向驱动器的变形机理,开展了面向软体仿生舌的单/多向驱动器的弯曲特性研究。首先,设计了气动驱动软体仿生舌,其在单/多向驱动器的作用下可实现吐舌、翻舌、卷舌以及斜翻舌等动作;其次,为进一步研究驱动器的变形机理,开展了针对单/多向驱动器的结构及变形工作原理的研究;然后,基于Yeoh模型应变能密度函数,结合力平衡方程,建立了驱动压强和驱动器弯曲变形后曲率半径的非线性数学模型;最后,为验证理论模型的正确性,开展了软体仿生舌的仿真研究及相关实验验证,结果证明了理论模型的正确性。上述研究为其他基于气动驱动的软体结构变形机理的研究提供了理论基础。      

封闭式仿生螺旋缠绕软体夹持器的设计与研究

针对目前软体夹持器缺乏螺旋缠绕变形的理论研究及传统多指软体夹持器夹持力不足的问题,开展了针对纤维增强结构的仿生软体夹持器螺旋缠绕变形特性的研究,提出了一种新的封闭式抓取方式。首先,设计了仿生软体夹持器,该夹持器由软体夹持装置、软体夹持套、紧固套及连接装置组成。其次,基于Mooney-Rivlin模型建立了驱动压强与驱动器螺旋缠绕变形后端面扭转角度的非线性数学模型,并对夹持器封闭式抓取的末端闭合特性进行了分析。然后,开展了单元驱动器螺旋缠绕变形的仿真及实验,结果证明了理论模型的正确性。最后,进行了仿生软体夹持器封闭式抓取实验。结果表明:封闭式仿生软体夹持器具有较大的负载能力及良好的目标适应性。      

仿生光磁导航技术发展研究综述

仿生导航是在仿生技术基础上发展起来的新型导航技术方法,该方法融合了仿生技术的优点,因其抗干扰性强、适应范围广的特点,迎来了研究的热潮。从仿生光流导航、仿生偏振光导航、仿生类脑导航和仿生地磁导航四个角度对近年来大量的相关文献进行了综合性地整理和分析,阐述了其导航原理、发展现状和动态,对其未来的发展前景进行了展望,指出了限制现有技术的难点和瓶颈,对未来仿生导航技术的发展提供了参考,有一定的指导作用。     

仿生减阻表面的进展与挑战

减阻表面由于其在海洋船舶、管道运输、飞机和国防军事等各个领域展现出的巨大潜力和广泛的应用前景而受到越来越多的关注。自然界中的动植物进化出了许多独特的形态或表面结构，均展现出了卓越的减阻性能。对近年来受海豚表面启发的顺服表面减阻、鲨鱼皮表面启发的微结构减阻及受荷叶表面启发的超疏水减阻等进行了总结，并介绍了这些技术的研究进展、减阻机理和挑战，对目前仿生减阻表面的研究进行了总结与展望。      

新型进化神经网络模型

目前的进化神经网络模型大多采用遗传算法进行网络进化设计.而研究表明,这种进化神经网络存在遗传编码、遗传操作及网络结构限制等很多问题;而采用进化规划是一种很好的途径.鉴于此,为了克服传统进化规划算法的不足,结合作者提出的快速免疫进化规划提出了一种网络连接权值及其拓扑结构同时进化优化的新型进化神经网络模型.最后,通过典型的异或分类问题(XOR)比较了该模型同BP神经网络及传统进化神经网络的计算性能,发现它不但计算精度好,而且计算效率高.      

代谢起源进化的分子模拟研究

新陈代谢为生命提供了物质和能量基础,与生命起源和进化密切相关.然而,由于缺乏化石证据,代谢的起源及其影响生物进化的分子机制等重要问题尚待解决.近年来,网络扩张算法等分子模拟方法的出现为解决这些问题提供了新途径.本文综述了近年来代谢起源进化的分子模拟研究,以期为相关领域学科发展提供新思路.     

新型缓冲腿结构设计及性能分析

腿部结构是实现仿生蝗虫跳跃机器人良好缓冲性能的重要组成部分,因此对其进行结构设计及分析具有重要的意义。为实现更好的着陆缓冲性能,基于蝗虫腿部生理结构和现有仿生串联腿的结构形式,设计了一种新型的用于跳跃机器人的缓冲腿。在对缓冲腿的力学性能进行分析的基础上,根据缓冲性能评价原则,对结构参数进行了分析及优化,并对同时处于最优状态下的新型缓冲腿和原有仿生串联缓冲腿的缓冲性能进行分析比较。相对于原有仿生串联缓冲腿,改进后的新型缓冲腿受到地面作用力的幅值减小了25.3%,储能能力提高了34.6%。这为仿生蝗虫跳跃机器人及其他着陆机构的研制提供了依据。      

微小型机器人嵌入式自驾仪设计

分析了不同类型微小型机器人对自驾系统的共性需求.提出了一种基于ARM(Advanced RISC Microprocessor)和μCOS-II的嵌入式自驾仪设计方法,给出了从需求分析、功能设计、结构设计、硬件设计、软件设计的系统设计过程,并分别从上述各方面对自驾仪的通用性进行了探讨.层次化的体系结构、模块化的硬件、结构化的软件以及无精确模型的模糊控制方法使得设计出的自驾仪经过简单的硬件调整和软件定制,就能适用于仿生机器鱼、履带机器人、小型无人机等不同的微小型机器人平台.经过多次试验验证,该自驾仪性能稳定、具有一定的通用性,弥补了专用自驾仪在多元异构群体中应用时的成本高、协调控制困难、兼容性和维护性差等不足.     

磁异常干扰下基于约束策略的仿生导航方法

地磁场异常将会在导航空间中形成极值区域,扰乱磁趋性运动行为,容易造成基于搜索的地磁仿生导航方法陷入局域极小,使得载体迷失航向难以逃离异常区域,最终导致导航失败。针对这一问题,提出了一种基于行为约束策略的导航搜索方法,通过约束搜索行为强制载体扩大探索范围,进而摆脱异常区域干扰,促使载体进入正常地磁场环境。利用磁趋性统计特征与多目标函数的收敛状态构建行为约束的触发及终止条件,将磁趋性历史数据中较好的样本作为约束行为,实施导航搜索行为约束。伴随载体的移动,实现对进化种群的时序更新,最终引导载体到达目标位置,完成导航任务。仿真结果表明,该方法能够有效克服磁场异常环境对地磁仿生导航的干扰,完成导航任务,并能够有效提高远程自主导航的成功率。      

翼身结合框结构仿生设计

相似是仿生的基础,全面系统地理解工程原型的功能需求和生物体各个层次的优异结构,准确把握生物体与工程原型的相似性,是结构仿生设计的关键.为减轻翼身结合框重量,分析了竹干与翼身结合框相似的承力性能,借鉴竹干的细观结构形状和排列方式,应用结构仿生原理设计了仿生翼身结合框.有限元分析结果表明,在保证结合框强度、刚度的前提下,仿生结构与原型相比重量可减轻2.1％.     

基于EHW和RBT的电路故障自修复策略性能分析

在诸如深空、深海等特殊环境中的电子电路,传统的基于冗余容错技术提高电子系统可靠性的方法受到了很大程度的限制,进而基于硬件演化（EHW）的故障自修复策略开始被广泛研究。但是后者也存在一些弊端,如存在电路演化规模大、电路演化速度慢、故障修复能力有限等问题。因此,在前期工作中,提出了基于EHW和补偿平衡技术（RBT）的电路故障自修复策略。通过从故障自修复能力、故障修复速度、硬件资源消耗等角度对比分析,相比于常规的基于EHW的故障自修复策略,基于EHW和RBT的电路故障自修复策略的故障修复方法灵活、故障修复类型多,且能缩减电路演化规模、缩短电路演化时间、提高电路修复速度、硬件资源消耗可控,其可行性和有效性得到了论证,具有重要的工程应用价值。      

一种星载控制计算机智能容错方法

  深空探测任务对星载控制计算机的智能性、环境适应性和自主性提出新的需求。介绍目前星载控制计算机容错方法的进展情况,提出可进化硬件容错这种可用于星载控制计算机容错设计的智能容错方法,给出该方法的三种实现结构,即并行结构、串行结构和具有故障检测功能的串行结构,并对各种结构进行分析和比较。最后,用仿真验证平台验证了串行结构的可行性和容错性。     

基于细胞吸引子选择机制的网络选择算法

随着无线通信技术的发展,物联网、车联网和体联网等同类型的无线网络之间共存、相互补充和异构融合。任何单一的通信技术不能完全满足人们对网络服务的多样化需求。如何在移动过程中选择可靠高效的网络连接成为学术和工业界的研究热点。基于细胞吸引子选择模型,提出了一种面向群体终端网络选择的决策方法,并通过车联网环境数值实验比较了该生物启发式决策方法与基于效用函数方法的性能,结果表明:基于细胞吸引子选择机制的生物启发式决策方法在网络选择决策中具有较好的性能。      

基于双频GPS观测的电离层TEC与硬件延迟反演方法

利用全球定位系统（Global Positioning System,GPS）的双频观测数据反演得到电离层的总电子含量（Total Electron Content,TEC）,使得广域甚至全球范围高时空分辨率的电离层观测研究成为可能,但由于GPS卫星和接收机对信号的硬件延迟可导致TEC测量系统偏差,因此,需要探索反演TEC并估测GPS卫星与接收机硬件延迟的有效算法.本文根据电离层电波传播理论,阐述了基于双频GPS观测提取电离层TEC的方法,给出TEC与硬件延迟的基本关系.综合研究了TEC与硬件延迟的反演方法,进行分析与归纳分类,在此基础上提出了有待深入研究的问题.      

Development of autonomous control in a closed microbial bioreactor.

Space-based life support systems which include ecological components will rely on sophisticated hardware and software to monitor and control key system parameters. Autonomous closed artificial ecosystems are useful for research in numerous fields. We are developing a bioreactor designed to study both microbe-environment interactions and autonomous control systems. Currently we are investigating N-cycling and N-mass balance in closed microbial systems. The design features of the system involve real-time monitoring of physical parameters (e.g. temperature, light), growth solution composition (e.g. pH, NOx, CO2), cell density and the status of important hardware components. Control of key system parameters is achieved by incorporation of artificial intelligence software tools that permit autonomous decision-making by the instrument. These developments provide a valuable research tool for terrestrial microbial ecology, as well as a testbed for implementation of artificial intelligence concepts. Autonomous instrumentation will be necessary for robust operation of space-based life support systems, and for use on robotic spacecraft. Sample data acquired from the system, important features of software components, and potential applications for terrestrial and space research will be presented.     

基于虚拟仪器的阳极化电压控制器校准装置

本文介绍了基于虚拟仪器技术开发的阳极化电压控制器校准装置,对系统软件和硬件进行了分析,利用该校准装置能够实现对阳极化电压控制器的校准,满足飞机铝合金零部件阳极化表面处理的工艺规范要求。     

Spaceflight hardware for conducting plant growth experiments in space: the early years 1960-2000.

The best strategy for supporting long-duration space missions is believed to be bioregenerative life support systems (BLSS). An integral part of a BLSS is a chamber supporting the growth of higher plants that would provide food, water, and atmosphere regeneration for the human crew. Such a chamber will have to be a complete plant growth system, capable of providing lighting, water, and nutrients to plants in microgravity. Other capabilities include temperature, humidity, and atmospheric gas composition controls. Many spaceflight experiments to date have utilized incomplete growth systems (typically having a hydration system but lacking lighting) to study tropic and metabolic changes in germinating seedlings and young plants. American, European, and Russian scientists have also developed a number of small complete plant growth systems for use in spaceflight research. Currently we are entering a new era of experimentation and hardware development as a result of long-term spaceflight opportunities available on the International Space Station. This is already impacting development of plant growth hardware. To take full advantage of these new opportunities and construct innovative systems, we must understand the results of past spaceflight experiments and the basic capabilities of the diverse plant growth systems that were used to conduct these experiments. The objective of this paper is to describe the most influential pieces of plant growth hardware that have been used for the purpose of conducting scientific experiments during the first 40 years of research.     

Linux内核在新型硬件平台上的实现

新型微处理器M3270的研制成功,使得支持该体系结构的操作系统的研究迫在眉睫.通过对Linux内核体系结构的研究,进而分析出往新型硬件平台移植Linux内核所需进行的工作,将大大提高操作系统的设计水平、缩短开发时间.在分析了Linux内核的体系结构和M3270硬件体系结构的基础上,提出在该硬件平台上实现Linux内核的方法.      

基于IP网络的测试研究

为实现IP语音测试的专项研究,介绍了基于VOIP(Voice over IP IP语言)的信令及语音测试相关技术实现方案,系统硬件及功能实现框图。对IP语音测试平台的硬件设计方法及语音质量测试(VQT),信令流及媒体流的测试模型进行了研究。