基本信息
- 项目名称：
- 基于IPMC的小型智能仿生机器鱼
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本文基于低驱动电压、高应变响应的柔性材料IPMC，研制了一套智能仿生机器鱼系统。首先制备IPMC材料作为尾鳍驱动器，又研制了定位定向和水温测量系统。机器鱼向周围发射红外线和超声波，3个定位基站测量红外线与超声波到达的时间差得到与机器鱼的距离。距离信息与温度传感器和数字罗盘信息，通过ZigBee无线网络发送给上位机。上位机计算出机器鱼的坐标，并利用图形用户界面将机器鱼的坐标、温度和角度数据显示出来。
- 详细介绍：
- 机器鱼是人们进行海洋探测与研究的有效途径，对机器鱼的研究也不断完善。针对采用电机作为驱动器的传统仿生机器鱼体积较大且机构复杂的缺点，本文采用具有低驱动电压、高应变响应特性的新兴的柔性智能材料IPMC设计了一套基于IPMC驱动器的小型智能仿生机器鱼系统。本文首先研究了IPMC材料的制备方法和工艺，研制出了高响应形变的IPMC材料作为机器鱼的尾鳍驱动器，实验证实具有良好的驱动效果。该系统又具有定位定向和水温测量等功能。在该系统中机器鱼可以向周围的基站发射红外线和超声波信号，基站通过测定所接收到红外线与超声波之间的时间差来计算机器鱼与定位基站间的距离，所测量的数据可以通过Zigbee无线通信网络反馈给机器鱼。同时，机器鱼本身安装有温度传感器和数字罗盘，这些传感器所采集到的数据信息与基站反馈的距离信息可以同时打包发送给上位机。上位机利用所测量到的距离数据通过定位算法确定机器鱼的坐标，从而实现机器鱼定位。利用图形用户界面可以将机器鱼的定位坐标、温度数据和角度数据显示出来。 通过实验对我们机器鱼系统进行了全面的测试。首先，通过改变驱动信号的频率来测定了机器鱼的游动速度。其次，验证了定位基站与机器鱼的通信功能，并测定了测距系统的精度。最后，在对测距系统精度矫正的基础上验证了机器鱼的定位功能，进而用图形用户界面显示出来。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本作品采用具有低驱动电压、高响应特性的柔性智能材料IPMC设计了一套基于IPMC驱动器的小型智能仿生机器鱼系统。首先研制出高响应形变的IPMC材料作为机器鱼的尾鳍驱动器。又研制了超声波与红外线结合的基站式定位系统。机器鱼安装有温度传感器和数字罗盘。系统利用ZigBee无线通信网络在两条机器鱼、三个定位基站以及上位机之间传递位置、温度、角度信息。上位机利用图形用户界面显示机器鱼的坐标、温度和角度等。
科学性、先进性
- 本作品采用IPMC这种新型柔性智能材料作为仿生机器鱼的驱动器，可以避免机器鱼的复杂结构，降低噪声，提高其游动效率，有利于机器鱼向仿生及实际应用方向的发展。除此之外，本作品还建立了一个功能较完善的机器鱼开发平台，为机器鱼配备了区域定位功能、网络通信功能、定向功能、温度测量功能和上位机监控等功能，为今后此类机器鱼的继续发展完善奠定了基础。
获奖情况及鉴定结果
- 基于此作品发表EI检索论文3篇，申请国家发明专利1项
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品、模型、图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本作品验证了IPMC材料作为机器鱼驱动器的可行性，以柔性材料驱动机器鱼，使其仿生性获得提高。并开发了一系列系统(定位、通信、测温、监控等)来丰富这一机器鱼的功能，使其具备了一定的应用前景。
同类课题研究水平概述
- 对于IPMC柔性智能材料的研究在国内外均属较新课题。目前国内能够制备IPMC材料的只有我实验室与南航两家。国内外已有一些利用IPMC材料驱动机器鱼的报道，但机器鱼系统均十分简单，只能实现单条机器鱼的游动。本课题将IPMC驱动的机器鱼应用在多智能体协调控制与信号采集系统中，两条机器鱼同时运动，并实现定位、定向及温度采集及无线网络通信的功能，是同类驱动方式机器鱼中性能最为完善的。
