仿生水母机器人SMA驱动技术及试验研究

受水母喷射式推进方式的启发,研制了一种以SMA弹簧作为驱动材料的仿生水母机器人。本文首先对SMA弹簧性能做了试验研究,验证了采用SMA弹簧作为仿生水母机器人驱动源的可行性。并在此基础上,提出了一种基于SMA弹簧的直线差动式驱动器,经试验得出了驱动器推杆运动速度与负载的关系。然后对仿生水母机器人游动时动力学进行分析,并使用数值模拟的方法对仿生水母机器人运动阻力进行了计算,得出了在不同工作状态下,仿生水母机器人运动阻力的变化曲线。最后,对仿生水母机器人进行了试验测试,仿生水母机器人达到了预期游速,验证了SMA驱动仿生机器人技术的可行性。     

渤海西南部小型水母群落特征与环境因子相关性研究

根据2020年8月至2021年5月对渤海西南部浮游动物调查的4个航次数据,分析该海域水螅水母、栉水母群落结构和季节变化特征,讨论了环境因子对小型水母丰度的影响。研究发现,渤海西南部小型水母种类组成和丰度分布存在季节变化,全年调查共发现小型水母13种,11种水螅水母、2种栉水母;春、夏、秋、冬该海域水母种数分别为4种、9种、7种和2种,丰度均值分别为30.74 ind./m3、30.78 ind./m3、12.08 ind./m3、0.57 ind./m3;优势种为嵊山秀氏水母（Sugiura chengshanense）、八斑芮氏水母（Rathkea octopunctata）、锡兰和平水母（Eirene ceylonensis）、半球美螅水母（Clytia hemisphaerica）、球型侧腕水母（Pleurobrachia globosa）,优势种季节更替率平均为91.67%,呈现明显季节演替。水温和盐度是影响渤海西南部小型水母丰度季节变化的主要环境因子,春季水温回升及适宜营养盐含量促进小型水母生长繁殖,夏季桡足类为小型水母提供了丰富的饵料促进其生长,秋季群落主要受盐度的影响。根...     

黄、东海水母暴发机理及其生态环境效应研究进展

在全球变化和人类活动影响下海洋生态系统的结构与功能发生了很大的变化,海洋赤潮、绿潮、白潮(水母暴发)等生态灾害在多重压力下不断出现。对于以水母为代表的胶质类生物的数量增多,国际上有很多的解释和争论:水母的暴发是一种趋势性的还是周期性的现象,关键问题是对导致水母暴发原因的认识。针对这些问题,国家重点基础研究发展计划项目"中国近海水母暴发的关键过程、机理及生态环境效应"开展了综合性的研究,对前期的研究进展和结果进行系统整理发表在本专辑中,涉及水母生活史策略、环境因子对水母不同生活史阶段的生长和发育的影响、水母的暴发对环境的影响、以及对中国近海水母暴发的新认知等。     

基于柔顺机构的双驱动仿生水母设计

水母以其高效的运动性能和灵活的感知功能,近年来在仿生学领域受到了广泛关注,可广泛应用于海洋探测和环境治理等领域。基于仿生学原理,从模拟水母的运动特性和趋光功能的角度出发,提出了一款双驱动的仿生水母,通过基于柔性机构的仿生鳍条实现水中扑动推进,通过基于管状折纸机构实现水下喷射推进,通过双驱动结构的协同驱动设计,有效提升水母推进效率。实验结果表明：双驱动模式下的仿生水母推进效率更高,摆动推进和喷射推进的最大推进力之比约为 2.7︰1,最大运行速度可达 100 mm/s,能够实现灵活的水下全向运动。模拟水母趋光特性,结合机器学习算法构建趋光控制系统,能够实现水下的趋光运动。     

水下机器人耐压舱优化设计与结构分析

水下机器人的耐压舱设计要求在满足总体指标的前提下,最大限度地提高设计强度与稳定性,同时尽可能降低质量。本文使用ANSYS Workbench中的Design Explorer模块,对耐压舱进行快速优化设计,一次获得多个优化候选结果,经过对比分析得到最优设计方案。然后,针对装配形式进行接触分析,确保大压力条件下结构不会在接触面发生失效破坏。最后,对舱体结构进行稳定性分析,确保结构能够在大深度环境中不发生失稳破坏。本研究为水下机器人耐压舱体快速优化设计、强度和稳定性校核提供了参考。     

秦皇岛海域海月水母碟状体分布与环境因子关系的多粒度分析

针对秦皇岛海域水母灾害频发问题,采用数据挖掘技术定量分析水母分布与环境因子之间的潜在关系,对水母灾害监测预警具有重要意义.本研究以2020年4月秦皇岛海域海月水母碟状体和海洋环境因子(温度、盐度、溶解氧和pH)数据作为研究对象,采用ID 3决策树作为分析模型,对海洋表层、底层环境因子分别进行多种粒度的数据离散化处理下,通过构建决策树挖掘海月水母碟状体密度分布特征与环境因子之间的定量关系;并采用K-折交叉验证、查准率、召回率与F1分数指标,以及相关性进行实验验证与分析.结果 表明:对于海月水母碟状体的密度分布,预测效果最佳的是基于平均值和标准差离散化的海洋表层环境因子构建的决策树;相关性由高到低依次为:盐度、溶解氧、pH和温度.当SSS ∈[31.49,31.79)、SSDO∈ [9.18 mg/L,9.50 mg/L)、SSpH∈ [8.12,8.21)和SST∈ [11.29℃,11.71 ℃)时,海月水母碟状体密度预测结果为高.本文研究成果可加深对该海域海月水母生存环境的了解,为进一步研究该海域大型水母灾害的监测预警提供技术支撑.     

深海小型履带式机器人转向动力学建模与分析

为预测复杂海底环境下的小型履带式机器人转向运动性能,运用履带与土壤之间的剪切应力-剪切位移关系,考虑履带滑转以及转向离心力因素,并将水中浮力和水阻力参数引入构建履带式机器人深海底质土壤环境下的稳态转向动力学模型。将海底土壤参数、机器人结构参数代入动力学模型迭代求解,分析得到影响海底履带式机器人运动性能的因素。以一款深海小型履带式机器人为研究对象,在动力学仿真软件Recurdyn中构建动力学模型,通过动力学仿真得到的数据与理论计算数据具有较高的一致性,最后通过水池试验对比验证了动力学仿真的正确性。本文提出的稳态动力学模型可以作为海底履带式机器人不同机械结构参数、土壤条件下通过性预测的理论依据。     

秦皇岛近岸海域夏季小型水母分布特征

本研究基于2014—2018年每年8月份,于秦皇岛海域使用浅水Ⅰ型浮游生物网采集的浮游动物样品数据,分析了小型水母群落的组成种类和丰度分布特征及环境因子与水母群落特征之间的关系。结果如下:2014—2018年调查海域共出现小型水母13种,其中2014、2015和2017年夏季水母种类数均为7种, 2016年夏季水母种类数为6种, 2018年夏季水母种类数最少,仅为2种。秦皇岛近岸水域水母的优势种包括薮枝螅水母、球型侧腕水母和锡兰和平水母。2016年夏季秦皇岛水域水母丰度的平均值最高,达到了95.0 ind./m3。2014、2015和2018年分别为66.9 ind./m³、69.1 ind./m³和35.4 ind./m³。2017年最低,为14.9 ind./m³。通过小型水母丰度与环境因子之间的相关性分析,结果显示:温度、盐度、pH、磷酸盐、溶解氧、无机氮、悬浮物等环境因子会对秦皇岛夏季水域水母群落结构的年际间变化产生显著影响。     

水下仿生扑翼机器人的发展现状综述

参照蝠鲼等鱼类游动方式所研制的水下仿生扑翼机器人具有效率高、机动性强、负载能力大等多方面优势。由于其广阔的应用前景,水下仿生扑翼机器人已逐步成为水下航行器领域的研究热点。本文系统地将蝠鲼的生物学特性、机器人的结构设计、动力学模型、单体运动控制、集群运动控制以及实验研究等方面的国内外研究进展进行了总结和梳理。已有的研究表明：水下仿生扑翼机器人正在朝着软体化、集群化、 高机动等方向发展,新兴的水下仿生扑翼机器人及仿生集群能够更加精确的模拟真实生物的游动姿态,并开展相关任务。当下的研究为水下仿生扑翼机器人性能的进一步优化与提升奠定了坚实的理论与实践基础。     

安朵仙水母(Cassiopeia andromeda)水母体再生研究

本实验对安朵仙水母(Cassiopeia andromeda)水母体进行不同程度（伞体、胃囊、口腕和触手）的切割,进行60日再生过程观察。本研究首次记录了安朵仙水母水母体的再生情况：切除部分伞体、全部胃囊、全部口腕和触手的水母体残体能够再生出缺失的部分;切除全部伞体的水母体残体无法再生出新的伞体,而是反向再生出新的口腕和触手;同时切除不同部位的水母体残体在组织修复时表现出一定的再生顺序性。本研究发现安朵仙水母水母体具有较强的组织再生能力,可作为钵水母纲再生研究的潜在模式物种,同时为刺胞动物研究以及再生生物学研究提供一定借鉴。