面向信息物理系統(tǒng)的自主機(jī)器魚開放式平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的開題報(bào)告

面向信息物理系統(tǒng)的自主機(jī)器魚開放式平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的開題報(bào)告一、選題背景信息物理系統(tǒng)（Cyber-PhysicalSystems，CPS）近年來成為一個(gè)研究熱點(diǎn)，其是計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制論、物理學(xué)等多個(gè)學(xué)科交叉的新興領(lǐng)域。它是由物理系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)三個(gè)方面共同組成的高度集成的系統(tǒng)，能夠感知物理世界，將感知信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行處理，最終通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將處理結(jié)果反饋到物理系統(tǒng)中影響系統(tǒng)行為。信息物理系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于能源、智能交通、制造等領(lǐng)域，大大提高了系統(tǒng)的效率和安全性。機(jī)器魚是一種經(jīng)過改良的仿生機(jī)器人，模仿真實(shí)魚類的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)方式，能夠在水中自主移動(dòng)。機(jī)器魚有著廣泛的應(yīng)用，例如環(huán)境監(jiān)測(cè)、水下搜救、水下作業(yè)等。近年來，自主機(jī)器魚成為機(jī)器魚的重要研究領(lǐng)域之一。它具有自主決策、自主運(yùn)動(dòng)、自主交流等特點(diǎn)，能夠在復(fù)雜的水下環(huán)境中完成任務(wù)。針對(duì)信息物理系統(tǒng)和自主機(jī)器魚的特性和應(yīng)用領(lǐng)域，本文將面向信息物理系統(tǒng)的自主機(jī)器魚開放式平臺(tái)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)作為研究對(duì)象。二、研究?jī)?nèi)容（1）自主機(jī)器魚的設(shè)計(jì)與制作：選擇合適的材料，利用3D打印等技術(shù)制作自主機(jī)器魚的物理形態(tài)和硬件系統(tǒng)。設(shè)計(jì)自主機(jī)器魚的運(yùn)動(dòng)控制算法，能夠?qū)崿F(xiàn)自主運(yùn)動(dòng)、定位、導(dǎo)航等功能。（2）開放式平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)：設(shè)計(jì)面向信息物理系統(tǒng)的開放式平臺(tái)，支持自主機(jī)器魚的接入和通信，能夠?qū)⒆灾鳈C(jī)器魚感知到的信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果反饋到自主機(jī)器魚繼續(xù)影響系統(tǒng)行為。（3）整合與測(cè)試：將自主機(jī)器魚和開放式平臺(tái)進(jìn)行整合，并進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證。評(píng)估系統(tǒng)的性能和可靠性，探究機(jī)器魚在信息物理系統(tǒng)的應(yīng)用潛力。三、研究意義本研究將面向信息物理系統(tǒng)的自主機(jī)器魚開放式平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，能夠?yàn)樾畔⑽锢硐到y(tǒng)和自主機(jī)器魚應(yīng)用領(lǐng)域的研究和發(fā)展提供支撐。在環(huán)境監(jiān)測(cè)、水下搜救、水下作業(yè)等領(lǐng)域，自主機(jī)器魚可以代替人類完成一些危險(xiǎn)或難以完成的任務(wù)，提高工作效率和安全性。此外，開放式平臺(tái)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，也將為自主機(jī)器人和信息物理系統(tǒng)相結(jié)合的研究提供一個(gè)開放、互通的平臺(tái)，促進(jìn)不同樣本的數(shù)據(jù)和算法的實(shí)驗(yàn)和研究。四、研究方法本研究將采用實(shí)驗(yàn)研究的方法，探究面向信息物理系統(tǒng)的自主機(jī)器魚開放式平臺(tái)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。具體包括以下幾個(gè)步驟：（1）設(shè)計(jì)自主機(jī)器魚的機(jī)構(gòu)，利用3D打印等技術(shù)制作自主機(jī)器魚的物理形態(tài)和硬件系統(tǒng)。（2）設(shè)計(jì)開放式平臺(tái)的架構(gòu)，選取合適的協(xié)議和通信方式，實(shí)現(xiàn)自主機(jī)器魚與開放式平臺(tái)的接入和通信。（3）設(shè)計(jì)自主機(jī)器魚的運(yùn)動(dòng)控制算法，能夠?qū)崿F(xiàn)自主運(yùn)動(dòng)、定位、導(dǎo)航等功能。（4）整合自主機(jī)器魚和開放式平臺(tái)，進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證。評(píng)估系統(tǒng)的性能和可靠性，探究機(jī)器魚在信息物理系統(tǒng)的應(yīng)用潛力。五、預(yù)期成果（1）自主機(jī)器魚實(shí)物模型及對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)控制算法。（2）面向信息物理系統(tǒng)的自主機(jī)器魚開放式平臺(tái)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，支持自主機(jī)器魚的接入、數(shù)據(jù)傳輸和通信。（3）針對(duì)自主機(jī)器魚在信息物理系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景，進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證，分析其應(yīng)用潛力和優(yōu)劣勢(shì)。（4）論文發(fā)表和技術(shù)報(bào)告。六、參考文獻(xiàn)[1]GallowayKC,BeckerKP,PhillipsB,etal.Softroboticgrippersforbiologicalsamplingondeepreefs.SoftRobotics,2016,3(1):23-33.[2]Liu,W.,Wang,J.,&Chen,Q.(2018).Whale-inspiredcyber-physicalsystem.2018IEEEInternationalConferenceonRoboticsandAutomation(ICRA),663-670.[3]JiaY,SunM,LuoM,etal.Design,fabricationandexperimentsofabiomimeticfishrobotpropelledbyfourundulatingfins[J].JournalofBionicEngineering,2012,9(3):346-357.[4]KimY,KimC,LeeS,etal.DevelopmentofaBiomimeticRoboticFishandItsControlAlgorithm[J].JournalofBionicEngineering,2015,12(3):382-394.[5]MaoQ,HuJ,PangJ,etal.Sensingand