当前位置:主页 > 科技论文 > 自动化论文 >

基于水下仿生机器海豚的控制系统研究

发布时间:2018-06-04 22:44

  本文选题:仿生 + 机器海豚 ; 参考:《深圳大学》2017年硕士论文


【摘要】:因为陆地资源的减少和日益突出的海洋安全问题,如何利用水下机器人安全、高效完成水下资源探测、安全巡查等任务成为当前热门研究方向。仿生型水下机器人具备噪音小、隐蔽性好、游进效率高等优点,具有更加广阔的研究前景。而在众多水下生物中,海豚在游动性能和减阻机制上具有更为优越的性能,更适合成为自动控制、机器人学等交叉学科研究的对象,所以各国研究者对仿生机器海豚的研究越来越多。本论文的研究对象是仿生机器海豚控制系统。根据设计要求,机器海豚需要自主完成直行、转弯、上浮下潜等基本动作以及高速迅游和跃水等任务。针对上述运动姿态和功能性需求,本文主要完成了水下自主控制系统的搭建,在不需要水面工作人员的介入以及能源供应的情况下自动切换运动模式和进行姿态识别等操作。具体研究工作如下:首先对海豚运动姿态进行了分析,同时结合机械设计部分将海豚运动机构模块化,同时介绍机器海豚动力装置和选型工作。针对模块化的机构特点设计以分布式控制系统为核心,结合CAN总线技术,利用DSP作为核心运动控制器,搭配无线通信模块和姿态传感器模块的仿生海豚控制系统。在制定了整体控制系统结构后,接下来就重点介绍了仿生机器海豚的软硬件设计。首先完成了控制系统各模块的硬件结构设计,包括运动控制模块、姿态模块、电压转换模块及无线通信模块的元器件选型,针对选定元器件完成电路原理图的绘制和PCB板设计及制作。软件部分则重点介绍了海豚运动姿态设计,针对前期海豚动作设计要求先完成了以DSP为核心控制器的运动控制功能模块的程序运行流程图规划和相应代码设计,同时对于多电机协同运动的特点引入CAN总线控制技术。为了更好地实现人机实时交互功能,本文也完成了基于无线数传技术的无线通信功能,同时利用LabVIEW编写的上位机界面。为了保证仿生海豚在水下的正常工作,针对其特殊的运动环境和严格的密封要求,本文完成了海豚腔体内部及控制系统PCB板的热分析和散热优化设计,同时对可能出现的冷凝水状况进行了分析和解决方案设计。最后,进行了海豚控制系统的硬件可行性测试、软件部分仿真和基于机械结构的软硬件联合调试,最终进行海豚水下测试。经过测试,仿生机器海豚控制系统能保证自主运动、多姿态转换和高速迅游,完成预定设计目标。
[Abstract]:Because of the decrease of land resources and the increasingly prominent marine safety problems, how to use underwater vehicle safety, how to efficiently complete underwater resource detection, safety inspection and other tasks has become a hot research direction. The bionic underwater vehicle has the advantages of low noise, good concealment, high swimming efficiency and so on. Among many underwater organisms, dolphins have more superior performance in swimming performance and drag reduction mechanism, and are more suitable for cross-disciplinary research, such as automatic control, robotics and so on. So researchers from all over the world are studying more and more bionic robotic dolphins. The object of this thesis is the bionic robot dolphin control system. According to the design requirements, the robot dolphin needs to complete the basic movements such as straight, turn, float and dive, as well as high speed fast swim and jump water tasks. In view of the above motion posture and functional requirements, this paper mainly completed the underwater autonomous control system, without the involvement of water surface workers and energy supply, automatically switch the motion mode and attitude recognition operations. The specific research work is as follows: firstly, the dolphin motion posture is analyzed, and the dolphin movement mechanism is modularized in combination with the mechanical design, and the machine dolphin power device and selection work are introduced at the same time. According to the characteristics of the modularized mechanism, the bionic dolphin control system is designed with distributed control system as the core, combined with CAN bus technology, using DSP as the core motion controller, and with wireless communication module and attitude sensor module. After the overall control system structure is established, the software and hardware design of the bionic robot dolphin is introduced. First of all, the hardware structure of each module of the control system is designed, including motion control module, attitude module, voltage conversion module and wireless communication module. The circuit schematic drawing and the design and manufacture of PCB board are completed for the selected components. The software part focuses on dolphin motion posture design. According to the previous dolphin motion design requirements, the program flow chart planning and corresponding code design of the motion control function module with DSP as the core controller are completed first. At the same time, CAN bus control technology is introduced to the characteristics of multi-motor cooperative motion. In order to realize the function of human-computer real-time interaction, the wireless communication function based on wireless data transmission technology is completed in this paper, and the upper computer interface written by LabVIEW is used at the same time. In order to ensure the normal operation of the bionic dolphin under water, according to its special moving environment and strict sealing requirements, the thermal analysis and heat dissipation optimization design of the dolphin cavity and the control system PCB board are completed in this paper. At the same time, the possible condensate water situation is analyzed and the solution is designed. Finally, the feasibility test of the dolphin control system is carried out. The simulation of the software and the joint debugging of the hardware and software based on the mechanical structure are carried out. Finally, the underwater test of the dolphin is carried out. After testing, the bionic robot dolphin control system can ensure autonomous movement, multi-attitude conversion and high-speed fast travel, and achieve the intended design objectives.
【学位授予单位】:深圳大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP273;TP242

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 刘淑晶;窦艳涛;王殿君;许孟龙;;投球自动机器人及其控制系统研究[J];机械工程师;2006年07期

2 杨金华;杨晓燕;洪加发;;自动对边控制系统研究与应用[J];机械工程师;2013年05期

3 刘栋材;申远;钟俊;齐向东;于海利;竺长安;;大型衍射光栅刻划机控制系统研究[J];中国科学技术大学学报;2011年06期

4 孙挥;;基于8051的骨伤微振康复仪控制系统研究[J];机械工程与自动化;2014年01期

5 刘玲;;电脑自动调线机控制系统研究与实现[J];武汉科技学院学报;2009年01期

6 郭桦;陈士忠;江雪晨;喻惠业;吴玉厚;;高处作业平台安全锁试验台控制系统研究[J];中国工程机械学报;2011年01期

7 焦生杰;电控液压泵—马达车辆行驶控制系统研究[J];西安公路交通大学学报;1999年01期

8 林志宁;灌溉及节水型农业自动化控制系统研究[J];甘肃水利水电技术;2002年01期

9 高峰,左启耀,王建;客车网络监测和控制系统研究[J];东北电力学院学报;2004年02期

10 张景明;张恕远;骆敏;徐丽;;放射性胶囊自动分装控制系统研究[J];机床与液压;2008年03期

相关会议论文 前10条

1 谢光辉;张进春;赵连臣;朱志勇;;自动抽吸采油装置控制系统研究[A];全国先进制造技术高层论坛暨第九届制造业自动化与信息化技术研讨会论文集[C];2010年

2 张力;盛晓岩;许新民;孙艳丽;杨树敏;;高准确度压力和温度校准装置的控制系统研究[A];中国仪器仪表学会第三届青年学术会议论文集(下)[C];2001年

3 叶春生;莫健华;樊自田;;基于嵌入式ARM的材料成形控制系统研究[A];2009年促进中部崛起专家论坛暨第五届湖北科技论坛——装备制造产业发展论坛论文集(下)[C];2009年

4 刘强;王晓芳;宋毅;;关于工厂自动化生产物流控制系统研究[A];天津市电视技术研究会2012年年会论文集[C];2012年

5 吴琼;彭忆强;;基于模型的汽车电子节气门控制系统研究[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第一分册)[C];2009年

6 张卫丰;余岳辉;张沛;谢带达;;基于RTW的DSP控制系统研究[A];2006中国电工技术学会电力电子学会第十届学术年会论文摘要集[C];2006年

7 海涛;李芸;温筱茜;王林君;吴昊;刘波;梁丰;;基于GPRS的移动控制系统研究[A];中南六省(区)自动化学会第24届学术年会会议论文集[C];2006年

8 张昱;金心宇;姜玄珍;;降解有机废气的倍频式反应控制系统研究[A];中国仪器仪表学会测控技术在资源节约和环境保护中的应用学术会议论文集[C];2001年

9 李红岩;王秀;侯媛彬;;精准农业田间变量施肥控制系统研究[A];农业工程科技创新与建设现代农业——2005年中国农业工程学会学术年会论文集第三分册[C];2005年

10 关宏;杨文华;张勇;张智勇;卯彦;熊捷;;激光导引AGV车载控制系统研究[A];2004年中国机械工程学会年会论文集:物流工程与中国现代经济——第七届物流工程学术年会专辑[C];2004年

相关重要报纸文章 前1条

1 航天科技集团公司812所 所长 甘克力 党委书记 吴柏庆;打造一流航天控制系统研究所[N];中国航天报;2006年

相关博士学位论文 前3条

1 李超;网络控制系统研究与设计[D];华北电力大学;2012年

2 臧佳;基于MPSoC的空间光学CCD遥感相机控制系统研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年

3 汪全全;钍基熔盐堆棒控棒位系统及功率控制系统研究[D];中国科学院研究生院(上海应用物理研究所);2015年

相关硕士学位论文 前10条

1 黄祥;连续式果蔬膨化设备及其控制系统研究[D];陕西科技大学;2015年

2 夏q 峰;风翼实验平台的控制系统研究[D];大连海事大学;2015年

3 盛凯;基于ZigBee和GPRS技术的智能路灯控制系统研究[D];聊城大学;2015年

4 杜比;基于微控制器的智能假手控制系统研究[D];电子科技大学;2014年

5 许树臣;大规格棒材锯切控制系统研究与实现[D];河北科技大学;2015年

6 倪磊;基于模块化的点焊控制系统研究[D];南昌航空大学;2014年

7 田波;基于智能算法的温度网络控制系统研究[D];东华大学;2016年

8 李旭义;基于PLC与视频监控的果蔬转运小车控制系统研究[D];南京农业大学;2014年

9 赵国栋;基于CAN总线激光导引AGV车载控制系统研究[D];湖北工业大学;2016年

10 刘金珊;基于ARM的微型电缸控制系统研究[D];江苏大学;2016年



本文编号:1979151

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/1979151.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户c6612***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com