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A Stiffness Adjustment Mechanism Based on Negative Work for High-efficient Propulsion of Robotic Fish

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Journal of Bionic Engineering 2018年第2期15卷 270-282页

作者： Dong Xu Haining Zeng Xiang Peng Ziqing Zhao jingmeng liu School of Automation Science and Electrical Engineering Beihang University Beijing 100191 China

The applications of robotic fish require high propulsive efficiency mechanism to prolong the mission time. Though many methods were applied, robotic fish still suffers from low efficiency. To improve the efficiency of robotic fish, this paper proposes a variable stiffness mechanism which is based on the negative work. The live fish adjusts its body stiffness to save energy when the muscles do negative work. Inspired by the live fish, a control mechanism based on negative work is proposed to change the stiffness of the robotic fish for higher efficiency. Changing the stiffness of the robotic fish is to change the joint-stiffness. A fuzzy controller is introduced to mimic the variable stiffness mechanism of the fish and depicts the relationship between the stiffness and the negative work. To evaluate the performance of this controller, a two-joint robotic fish model is established based on its kinematic model and hydrodynamic model. The evaluation results show that the robotic fish reduces the energy consumption and improves the propulsion efficiency when introducing the variable stiffness mechanism. Different environments with the control mechanism impact differently on propulsive efficiency. This mechanism may provide a high efficient propulsion control method for the robotic fish.

关键词： robotic fish propulsion efficiency negative work stiffness adjustment

Application Analysis of Multiple Neurons Connected with Fast Inhibitory Synapses

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Journal of Bionic Engineering 2024年第4期21卷 1905-1918页

作者： Wen Duan Weihai Chen Jianhua Wang Zhongcai Pei jingmeng liu Jianer Chen School of Automation Science and Electrical Engineering Beihang UniversityXueyuan RoadBeijing100191China Hangzhou Innovation Institute Beihang UniversityChuanghui StreetHangzhou310051ZhejiangChina School of Electrical Engineering and Automation Anhui UniversityAnhui230601ZhejiangChina Zhejiang Rehabilitation Medical Center Binsheng RoadHangzhou310052ZhejiangChina

Almost all living organisms exhibit autonomic oscillatory activities,which are primarily generated by the rhythmic activities of their neural *** nonlinear oscillator models have been proposed to elucidate these neural behaviors and subsequently applied to the domain of robot ***,the oscillation patterns generated by these models are often unpredictable and need to be obtained through parameter *** study introduces a mathematical model that can be used to analyze multiple neurons connected through fast inhibitory *** characteristic of this oscillator is that its stationary point is stable,but the location of the stationary point changes with the system *** through reasonable topology and threshold parameter selection can the oscillation be *** study analyzed the conditions for stable oscillation in two-neuron networks and three-neuron networks,and obtained the basic rules of the phase relationship of the oscillator network established by this *** addition,this study also introduces synchronization mechanisms into the model to enable it to be synchronized with the sensing ***,this study used these theories to establish a robot single leg joint angle generation *** experimental results showed that the simulated robot could achieve synchronization with human motion,and had better control effects compared to traditional oscillators.

关键词： Oscillator Phase trajectory Synaptic threshold Synchronization Motion generation

Accuracy enhancement of the spherical actuator with a two-level geometric calibration method

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Chinese Journal of Aeronautics 2014年第2期27卷 328-337页

作者： Zhang Liang Chen Weihai liu jingmeng Wu Xingming Chen I-Ming School of Automation Science and Electrical Engineering Beihang University School of Mechanical and Aerospace Engineering Nanyang Technological University

This paper presents a two-level geometric calibration method for the permanent magnet （PM） spherical actuator to improve its motion control accuracy. The proposed actuator is com- posed of a stator with circumferential coils and a rotor with multiple PM poles. Due to the assembly and fabrication errors, the real geometric parameters of the actuator will deviate from their design values. Hence, the identification of such errors is critical for the motion control tasks. A two-level geometric calibration approach is proposed to identify such errors. In the first level, the calibration model is formulated based on the differential form of the kinematic equation, which is to identify the geometric errors in the spherical joint. In the second level, the calibration model is formulated based on the differential form of torque formula, which is to calibrate the geometric parameters of the magnetization axes of PM poles and coils axes. To demonstrate the robustness and availability of the calibration algorithm, simulations are conducted. The results have shown that the proposed two-level calibration method can effectively compensate the geometric parameter errors and improve the positioning accuracy of the spherical actuator.

关键词： ACtuators Geometric calibration Parameter identification PositiOning accuracy Spherical actuator

疫情之下重塑电影行业协会功能——基于第三部门理论

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电影艺术 2020年第4期 155-160页

作者：刘京萌北京大学政府管理学院

税务问题引发的"灰犀牛"事件之后,电影行业又遭遇了疫情这一"黑天鹅"事件引发的危机,但危机恰是一次建立良性机制的机会。组织化的团结合作是战胜危机的良策,第三部门理论为我们画就了这种联合的图景。作为第三部门的电影行业协会可在... 详细信息

税务问题引发的"灰犀牛"事件之后,电影行业又遭遇了疫情这一"黑天鹅"事件引发的危机,但危机恰是一次建立良性机制的机会。组织化的团结合作是战胜危机的良策,第三部门理论为我们画就了这种联合的图景。作为第三部门的电影行业协会可在危机中重塑自身功能,引导行业共御时艰,在国家治理体系和治理能力现代化的大背景之下,成为沟通第一部门与第二部门之间的桥梁和纽带,找到具有中国特色的电影行业协会发展道路,促进我国电影产业发展。

关键词：危机第三部门电影行业协会功能

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永磁球形电机的神经网络自适应控制算法

北京航空航天大学学报 2014年第1期40卷 25-30页

作者：刘敬猛刘岩陈伟海张良北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191

介绍了具有三维位置检测功能的三自由度永磁球形电机工作原理及其运动控制方法.结合球电机结构特性,基于XYZ欧拉角和拉格朗日方程建立了球电机运动学及动力学模型.为了解决动力学模型建模误差、摩擦力和外界干扰等对球电机工作性能的影... 详细信息

介绍了具有三维位置检测功能的三自由度永磁球形电机工作原理及其运动控制方法.结合球电机结构特性,基于XYZ欧拉角和拉格朗日方程建立了球电机运动学及动力学模型.为了解决动力学模型建模误差、摩擦力和外界干扰等对球电机工作性能的影响,设计了神经网络逼近模型,并将其应用于球电机的控制之中.仿真结果表明这种控制方法与传统方法相比可以有效提高球电机的抗干扰能力,在建模误差比较大的情况下仍可以保证球电机的运动精度,其结果可以为进一步的球电机精密运动控制理论研究和实验方案设计提供借鉴和参考.

关键词：球电机动力学建模神经网络自适应控制

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蟑螂机器人仿生机理及运动控制

机械工程学报 2010年第13期46卷 91-99页

作者：高勇陈伟海陆震刘敬猛北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191

对蟑螂机器人的仿生机理、基于行为控制系统、足模块设计、运动学和运动控制问题进行深入的分析。蟑螂的神经和肌肉运动系统是躯体运动及姿态实现的物质基础。通过工程模拟,研究在未知环境中蟑螂机器人如何通过行为控制方式来完成机器... 详细信息

对蟑螂机器人的仿生机理、基于行为控制系统、足模块设计、运动学和运动控制问题进行深入的分析。蟑螂的神经和肌肉运动系统是躯体运动及姿态实现的物质基础。通过工程模拟,研究在未知环境中蟑螂机器人如何通过行为控制方式来完成机器人的控制和步态生成。设计一种带有计算功能的足模块,最终目的是大量减少计算过程,以此保证蟑螂机器人非凡的灵活性。基于旋量理论和局部指数积公式,提出利用Paden-Kahan子问题法求解蟑螂机器人关节角位移的逆运动学方法,前向运动学的求解首先根据机体的自然约束来推导关节角之间的位置关系,然后用局部指数积公式推导机体位姿。运动控制采用分布式同步控制方式,并应用位置、速度和时间运动模式,保证了蟑螂机器人腿关节的轨迹跟踪精度与速度的平滑。仿真试验结果验证了上述仿生机制的有效性,并为进一步研究奠定了基础。

关键词：仿生机理基于行为控制系统运动学运动控制

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用于移动机器人路径规划的曲线轨迹算法

高技术通讯 2011年第5期21卷 516-522页

作者：范海洲陈伟海刘敬猛高铭辰北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191

针对移动机器人路径规划方法——人工势场法在相近障碍物之间不能发现路径的局限性，经改进，提出了一种圆弧路径算法。该改进算法从轨迹方程的角度出发，将移动机器人的路径以规则曲线的形式进行规划，确定路径方程，并以圆的曲线方程... 详细信息

针对移动机器人路径规划方法——人工势场法在相近障碍物之间不能发现路径的局限性，经改进，提出了一种圆弧路径算法。该改进算法从轨迹方程的角度出发，将移动机器人的路径以规则曲线的形式进行规划，确定路径方程，并以圆的曲线方程来表示．以求便于计算，同时综合考虑了路径规划的实时性和最短路径，从而可得出最优路径。构建了三维激光扫描系统作为该算法的实验平台，以获取的三维景深信息作为算法的导航信息进行了实验。基于三维景深信息的移动机器人路径规划的仿真和实验结果表明，此圆弧路径算法可以有效地解决人工势场法在相近障碍物之间不能发现路径的缺陷。

关键词：路径规划人工势场轨迹方程移动机器人

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仿人眼功能的三维激光扫描算法

北京航空航天大学学报 2009年第5期35卷 563-566,571页

作者：陈伟海宋蔚阳荣利霞刘敬猛北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191

针对目前国内外应用于移动机器人的三维激光扫描系统存在的扫描效率问题,提出了一种仿人眼功能的三维激光扫描算法.从仿生学角度出发,该算法模仿人类眼睛的扫描功能,对陌生环境进行分步扫描:根据当前的扫描信息,在线规划出下一步的扫描... 详细信息

针对目前国内外应用于移动机器人的三维激光扫描系统存在的扫描效率问题,提出了一种仿人眼功能的三维激光扫描算法.从仿生学角度出发,该算法模仿人类眼睛的扫描功能,对陌生环境进行分步扫描:根据当前的扫描信息,在线规划出下一步的扫描规律,以减少无用信息的获取;采用分步插补定位的方法来弥补分步扫描带来的时间消耗,从而提高了扫描系统的效率.为了满足扫描算法的在线处理对实时性的要求,采用了一种DSP(Digital Signal Processing)+FPGA(Field-Programmable Gate Array)的硬件平台架构:即DSP作主控制器负责三维信息的获取,FPGA作协处理器负责扫描算法的实现.实验结果表明仿人眼功能的扫描算法可以有效的提高三维扫描系统的扫描效率.

关键词：移动机器人三维激光拟人眼分步插补定位

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网格简化中基于特征矩阵的二次误差测度算法

北京航空航天大学学报 2009年第5期35卷 572-575,595页

作者：陈伟海徐鲤鸿刘敬猛王建华北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191

针对二次误差测度算法存在尖端特征消失、局部过度简化等缺陷,提出了基于特征矩阵的二次误差测度算法用于网格简化.通过将顶点曲率和边长引进该特征矩阵以优化误差度量,模型中各顶点便易于区分,于是具有明显几何特征区域的顶点误差度量... 详细信息

针对二次误差测度算法存在尖端特征消失、局部过度简化等缺陷,提出了基于特征矩阵的二次误差测度算法用于网格简化.通过将顶点曲率和边长引进该特征矩阵以优化误差度量,模型中各顶点便易于区分,于是具有明显几何特征区域的顶点误差度量能够被提高.这样,边折叠的顺序可以方便的得到调整,使得模型中的突出特征更多的被保留下来.仿真结果表明,本算法在保持了二次误差测度算法计算时间短、运行效率高的同时,也克服了网格分布过于均匀、无法突出模型重要特征的缺点.

关键词：网格简化二次误差测度边折叠特征矩阵