软体波动推进机器人复杂形态计算与优化设计研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    91748123
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0501.机器人与机构学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Aiming at the scientific problem ——large deformation and variable stiffness in the motion of soft robots, this project innovatively proposed that through constructing the multi-factor coupling motion state model of a soft bionic robot based on the feedback of its deformation and interactive forces with embedded novel soft sensors, one can explore the influence rules of the morphology caused by both the active and passive deformation and active variable stiffness on the intrinsic dynamic properties of the soft robot. Meanwhile, by introducing the self-learning evolution algorithms, one can use evolutionary computation to obtain the optimal morphology of the soft robot under different environments. An explicit topology optimization method for soft robots based on Smoothed Particle is further put forward. Described explicitly with geometric features, this method can efficiently solve the large computational load, high computation cost, and bad computational stability for soft structures in the traditional topology optimization, realizing integrated design for the distributed actuation and variable stiffness of the soft robots. This project will study the basic theory in the following area including the bionic analysis of Blue-spotted Rays, feedback-based motion state model construction, propulsion mechanism of a soft pectoral fin, the implement methods of variable stiffness and the optimization design for soft robots, and then solve the key scientific and technique problems in the field, thus developing a new design method for high-performance soft robots.
针对“软体机器人大变形制动和变刚度机制”这一科学问题,本项目创新性地提出融合新型柔性嵌入式传感器,通过变形和力的反馈构建仿生软体机器人多元耦合的运动状态模型,探索主动变形和被动变形相结合的“形”和主动变刚度的“态”对软体机器人固有动力学特性的影响规律,揭示柔性胸鳍波动变形推进和变刚度机制,同时引入自学习进化算法,进化计算不同环境下软体机器人最优形态;提出基于光滑粒子的软体机器人显式拓扑优化方法,以几何特征进行显式描述,有效解决了传统拓扑优化算法在复杂软体结构设计中计算量大、复杂度高、计算稳定性差的问题,实现了软体机器人的分布式欠驱动和变刚度结构的一体化设计;本项目将在蓝点魟鱼仿生分析、基于反馈的运动状态模型构建、柔性胸鳍推进机理、变刚度实现方法以及优化设计等方面探索基础理论,解决其中涉及的关键科学问题和技术难题,从而为高性能软体机器人的设计发展一种新方法。

结项摘要

本项目针对“软体机器人大变形致动和变刚度机制”这一科学问题,在波动/拍动推进软骨鱼类生物启发下,重点进行了探索主动变形和被动变形相结合的“形”和主动变刚度的“态”对软体机器人固有动力学特性的影响规律,揭示柔性胸鳍波动变形推进机制,进行软体驱动结构和变刚度机构的设计,研究软体变形和力反馈的运动状态信息,搭建软体鱼实验仿真联合分析平台,实现软体机器人主动姿态变形控制等方面的研究。该项目的预定目标及内容已经按计划完成,研究成果可为新型水下推进器的设计与控制提供理论基础,为可用于检测、侦查、救援等领域的水下机器、装备的研究与设计提供新思路。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(6)
Recent progress in engineering functional biohybrid robots actuated by living cells
活细胞驱动的功能生物混合机器人工程最新进展
  • DOI:
    10.1016/j.actbio.2020.12.002
  • 发表时间:
    2021-01-27
  • 期刊:
    ACTA BIOMATERIALIA
  • 影响因子:
    9.7
  • 作者:
    Gao,Lin;Akhtar,M. Usman;Li,Dichen
  • 通讯作者:
    Li,Dichen
A new soft caudal fin with active variable stiffness rays based on granular jamming
基于颗粒干扰的新型主动变刚度射线软尾鳍
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Basic & Clinical Pharmacology & Toxicology,
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Qing Liu;Jinhua Zhang;Song Gu;Xiaohui Zhang;Yuanjie Li;Shenghui Yong;Zhengyu Zhong;Kun Jia
  • 通讯作者:
    Kun Jia
Nonlinear Error Feedback Positioning Control for a Pneumatic Soft Bionic Fin via an Extended State Observer
通过扩展状态观测器对气动软仿生鳍进行非线性误差反馈定位控制
  • DOI:
    10.1109/access.2020.2966037
  • 发表时间:
    2020-01
  • 期刊:
    IEEE Access
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Cheng Haiyan;Li Dahai;Zhang Jinhua;Li Yue;Hong Jun
  • 通讯作者:
    Hong Jun
Stiffness design of plate/shell structures by evolutionary topology optimization
基于演化拓扑优化的板/壳结构刚度设计
  • DOI:
    10.1016/j.tws.2019.04.012
  • 发表时间:
    2019-08
  • 期刊:
    Thin-Walled Structures
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Li Baotong;Liu Honglei;Yang Zihui;Zhang Jinhua
  • 通讯作者:
    Zhang Jinhua

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其他文献

Saccade Signal Endpoint Detection Algorithm Based on Multi-parameter
基于多参数的扫视信号端点检测算法
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  • 通讯作者:
    李小虎
软体机械手研究综述
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    机械工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张进华;王韬;洪军;王煜
  • 通讯作者:
    王煜
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    姚开泰
基于二阶因子模型的企业战略绩效评价实证研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    情报杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王韬;刘华;张进华
  • 通讯作者:
    张进华
Study on thermal induced preload of ball bearing with temperature compensation based on state observer approach
基于状态观测器方法的温度补偿球轴承热致预紧研究
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  • 发表时间:
    2018-02
  • 期刊:
    International Journal of Advanced Manufacturing Technology
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    闫柯;阎贝;王亚泰;洪军;张进华
  • 通讯作者:
    张进华

其他文献

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基于柔性被动自由度感知增强的仿蝠鲼机器鱼协调控制研究
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相似国自然基金

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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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