一种用于机器鱼虚拟侧线感知的方法技术

本发明专利技术提供一种用于机器鱼虚拟侧线感知的方法，涉及机器鱼侧线领域建立虚拟仿真环境；设置仿真鱼模型，将流量传感器布置在仿真鱼模型的侧线处；将侧线布置有流量传感器的仿真鱼模型于虚拟仿真环境下仿真测试；仿真测试中优化流量传感器的尺寸以及布局；基于感知数据辨识不同工况；基于流速测量的机器鱼虚拟侧线感知方法，重点在于使用流速传感器进行虚拟侧线的构建并实现一定程度上的流场感知，选择使用虚拟仿真环境进行验证，在仿真环境和模型建立完成的基础之上，着重进行了流量传感器布局设计以及流场参数识别，进一步深化虚拟侧线在实际应用中的理论基础，优化虚拟侧线的识别能力。能力。能力。

【技术实现步骤摘要】
一种用于机器鱼虚拟侧线感知的方法


[0001]本专利技术涉及机器鱼侧线研究领域，尤其涉及一种用于机器鱼虚拟侧线感知的方法。

技术介绍

[0002]由于水下环境的复杂性，水下机器人必须配备完善的水下传感系统，用于帮助其适应水下环境并能够准确地执行任务，但，由于水下环境的特殊性，特别是海洋环境的特殊性，陆地上的通用传感器如超声、光学传感器在水下复杂环境中的使用受到了非常大的限制，这在一定程度上制约了水下机器人传感器技术的发展。
[0003]侧线是鱼类特有的感知系统，对复杂水环境中鱼类的行为控制有着至关重要的作用，其分布在鱼身侧的水平管状结构，其内充满特殊的粘液并与外部水环境连通，整个侧线系统通过一类特殊的神经丘对水流信息进行感知。
[0004]基于侧线的感知原理，利用传感器阵列模拟鱼类侧线设计出了人工侧线，也叫虚拟侧线，用于感知水下动态信息，但基于实际应用情况来看，目前对于水下环境的识别和感知还处于比较低的水平，感知速度以及感知精度仍有较大提升空间，为此，提供一种基于流速测量的机器鱼虚拟侧线感知的方法来优化目前虚拟侧线所存在的不足。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种用于机器鱼虚拟侧线感知的方法，以解决上述技术问题。
[0006]本专利技术为解决上述技术问题，采用以下技术方案来实现：
[0007]一种用于机器鱼虚拟侧线感知的方法，包括建立如下流程：
[0008]1)建立虚拟仿真环境；
[0009]2)设置仿真鱼模型，将流量传感器布置在仿真鱼模型的侧线处；
[0010]3)将侧线布置有流量传感器的仿真鱼模型于虚拟仿真环境下仿真测试；
[0011]4)仿真测试中优化流量传感器的尺寸以及布局；
[0012]5)基于感知数据辨识不同工况；
[0013]优选的，建立虚拟仿真环境所用软件为CFD。
[0014]优选的，仿真鱼模型为鲭鱼最大横截面所拉伸的三维模型。
[0015]本专利技术的有益效果是：
[0016]基于流速测量的机器鱼虚拟侧线感知方法，重点在于使用流速传感器进行虚拟侧线的构建并实现一定程度上的流场感知，选择使用虚拟仿真环境进行验证，在仿真环境和模型建立完成的基础之上，着重进行了流量传感器布局设计以及流场参数识别，进一步深化虚拟侧线在实际应用中的理论基础，优化虚拟侧线的识别能力。
附图说明
[0017]图1为本专利技术中流量传感器A在20cm/s流速下流场速度云图；
[0018]图2为本专利技术中流量传感器B在20cm/s流速下流场速度云图；
[0019]图3为本专利技术3mm直径靶片周围流场的速度云图(层流)；
[0020]图4为本专利技术仿真鱼鱼虚拟侧线传感器布局图；
[0021]图5为本专利技术均匀流场下的速度云图；
[0022]图6为本专利技术均匀流场和卡门涡街流速频域图像(除去直流分量)。
具体实施方式
[0023]为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本专利技术，但下述实施例仅仅为本专利技术的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0024]下面结合附图描述本专利技术的具体实施例。
[0025]实施例1
[0026]请参阅图1和2，在本实施例中提出了一种用于机器鱼虚拟侧线感知的方法，包括建立如下流程：
[0027]a.通过CFD软件建立虚拟仿真环境；
[0028]b.以鲭鱼为仿真鱼品类，设置仿真鱼模型；
[0029]c.设置两个尺寸不同的流量传感器，两个流量传感器分别为传感器A和传感器B；
[0030]其中，传感器A为直径5mm的圆形靶片和宽度为1mm的矩形靶臂，厚度为1mm；传感器B为直径3mm的圆形靶片和宽度为0.6mm的矩形靶臂，厚度为0.6mm；
[0031]d.将布置有传感器A和传感器B的仿真鱼模型于虚拟仿真环境下仿真测试；
[0032]在流速为20cm/s的仿真环境中求解，得到的速度云图如图1和图2所示，从速度云图中可以非常直观的发现圆形靶片的直径与对周围流场的影响呈正相关，直径越大，施加的影响越明显，因此在可行范围内传感器的结构越小，对周围流场和相邻传感器的影响越小。
[0033]实施例2
[0034]请参阅图3，在本实施例中提出了一种用于机器鱼虚拟侧线感知的方法，包括建立如下流程：
[0035]a.通过CFD软件建立虚拟仿真环境；
[0036]b.以鲭鱼为仿真鱼品类，设置仿真鱼模型；
[0037]c.布置多个尺寸相同的流量传感器B；
[0038]d.设置多个间距实验组；
[0039]其中，间距实验组A中流量传感器A的间距为3.5cm；
[0040]间距实验组B中流量传感器A的间距为6cm；
[0041]e.在同一虚拟仿真环境中对间距实验组A以及间距实验组B进行仿真测试。
[0042]3mm直径的靶片在10cm/s流场中周围流场的速度云图如图3所示，在单个传感器的阻挡下，传感器结构后方的流场受影响非常显著，这个区域的大小与传感器的尺寸和流场
流速相关，能够发现传感器尺寸越大，流场流速越快，后方受影响区域也会越大，在一定程度上增加传感器之间的距离能够减小这种影响，从上图可以看到，在间隔6cm以上时，下一个传感器测得的流速基本可以不受前方传感器的影响。
[0043]经过对传感器结构尺寸以及空间布局的探究，得到了它们与传感器之间的影响的关系，并得到了理论上可以完全消除传感器之间影响的布局方式：
[0044]①
采用目前已知的对流场影响最小的传感器结构；
[0045]②
在实际情况限制下缩小传感器尺寸；
[0046]③
在有限的空间内尽量增加传感器之间的间距；
[0047]④
将传感器进行分层布置。
[0048]实施例3
[0049]请参阅图4
‑
6，在本实施例中提出了一种用于机器鱼虚拟侧线感知的方法，包括建立如下流程：
[0050]a.通过CFD软件建立虚拟仿真环境；
[0051]b.以鲭鱼为仿真鱼品类，设置仿真鱼模型；
[0052]c.设置六个规格相同的流量传感器，将六个规格相同的流量传感器以对称布置设置在仿真鱼模型的鱼头，鱼身和鱼尾处，并对每个传感器进行标号，如图4所示；
[0053]d.基于流量传感器的感知数据辨识均匀流和卡门涡街。
[0054]需要注意的是，实际仿真的过程中，发现鱼头处的两个传感器对于流场情况和模型位姿较为敏感，这是由于鱼头处的传感器在小角度的情况下始终是处于流体的迎击面，能够很直接地获取所处位置的流速数据，而鱼身和鱼尾处的传感器则会更多地受到鱼模型本身的干扰，这一点在鱼尾处的传感器上尤其明显，当本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于机器鱼虚拟侧线感知的方法，其特征在于，包括建立如下流程：1)建立虚拟仿真环境；2)设置仿真鱼模型，将流量传感器布置在仿真鱼模型的侧线处；3)将侧线布置有流量传感器的仿真鱼模型于虚拟仿真环境下仿真测试；4)仿真测试中优化流量传感器的尺寸以及布局；5...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐东，裴济东，
申请(专利权)人：苏州辰航致远智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：