仿生机器鱼的运动行为分析及路径规划研究

发布时间：2017-04-18 09:03

  本文关键词：仿生机器鱼的运动行为分析及路径规划研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：21世纪是人类开发利用海洋的新时代。海洋是一个巨大的资源宝库,是最具有开发潜力的战略空间。由于水下环境的未知性,能够探测水下环境并且自主完成作业任务的仿生机器鱼受到了国内外科学家的广泛重视。仿生机器鱼能很好地代替人类完成生物观察、军事侦察、海底地质地貌勘测等危险工作。然而这些工作的执行,离不开机器鱼的路径规划及控制。为此,文中对机器鱼的路径规划方法进行了研究,并设计了用于避障研究的仿生机器鱼三维仿真系统。文中结合国家自然科学基金项目(61165016)和青海大学高层次人才科研启动专项资金项目(2012-QGC-10)深入开展了“仿生机器鱼的运动行为分析及路径规划研究”的论文工作,主要对以下几项内容进行了探索与研究:1、文中以湽科模式鱼类为仿生对象,通过对湽科模式鱼类游动机理的研究,设计了四自由度的尾鳍推进系统,建立了四关节尾鳍推进模式的数学模型,并运用MATLAB仿真软件对其进行运动行为分析。2、针对仿生机器鱼的运动特点,文章设计了用于避障研究的仿生机器鱼三维仿真系统。为了方便用户控制和观察机器鱼的避障,建立了窗口框架,并设计了操作、显示、不同角度观察等功能。3、实现了地形、机器鱼和障碍物的显示。文中根据红外传感器探测障碍物的特性采用虚拟射线方法实现了虚拟传感器的模拟。根据不同的障碍物类型归纳了两种不同的障碍物探测方法。4、一定的障碍环境条件下,机器鱼要能够安全、无碰撞地到达指定位置,路径规划是必不可少的。文中详细介绍了路径规划算法的实现过程,并设计了一个复合模糊控制器来决策机器鱼的运动,其包括两个转角模糊控制器和一个速度模糊控制器。在开发的三维仿真系统中,对模糊算法进行了仿真验证,仿真结果表明,该算法能有效地引导机器鱼寻求一条可行路径从起始点安全地到达目标位置。
【关键词】：仿生机器鱼 运动行为分析 三维避障仿真系统 模糊算法 路径规划
【学位授予单位】：青海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外仿生机器鱼的研究与进展11-14
• 1.3 国内外仿生机器鱼三维仿真的研究与进展14-16
• 1.4 仿生机器鱼路径规划技术16-17
• 1.4.1 仿生机器鱼路径规划技术研究现状16-17
• 1.4.2 仿生机器鱼路径规划技术发展趋势17
• 1.5 本论文研究的主要内容17-19
• 第2章 仿湽科机器鱼的运动行为分析19-28
• 2.1 引言19
• 2.2 鱼类的形体结构及推进机理19-23
• 2.2.1 鱼类独特的形体结构19-21
• 2.2.2 湽科模式推进机理21-22
• 2.2.3 湽科模式鱼体波模型的建立22-23
• 2.3 机器鱼的运动行为分析23-27
• 2.3.1 直线游动24
• 2.3.2 转向游动24
• 2.3.3 上浮、下潜运动24-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 仿生机器鱼三维仿真系统设计28-40
• 3.1 三维系统框架的构建28-32
• 3.1.1 用户界面的构建28-29
• 3.1.2 开发环境的设置29-30
• 3.1.3 OpenGL框架的构建30-32
• 3.2 三维系统整体结构32-33
• 3.3 三维系统的功能实现33-39
• 3.3.1 操作和显示功能的实现34-35
• 3.3.2 视图功能的实现35-37
• 3.3.3 设置功能的实现37-39
• 3.4 本章总结39-40
• 第4章 系统三维场景及传感器的模拟40-53
• 4.1 计算机图形技术40
• 4.2 OpenGL图形库的主要功能40-41
• 4.3 三维场景的模拟41-45
• 4.3.1 机器鱼的模拟42-43
• 4.3.2 地形的模拟43-45
• 4.4 传感器的模拟45-47
• 4.4.1 传感器的配置45-46
• 4.4.2 传感器特性的模拟46-47
• 4.5 三维场景的显示47-51
• 4.5.1 系统的坐标变换48-49
• 4.5.2 传感器坐标与世界坐标的转换49-50
• 4.5.3 传感器探测点坐标与世界坐标的转换50-51
• 4.6 障碍物的探测51-52
• 4.6.1 球体类障碍物的探测51-52
• 4.6.2 柱体类障碍物的探测52
• 4.7 本章小结52-53
• 第5章 仿生机器鱼的路径规划研究53-65
• 5.1 模糊逻辑理论与模糊控制系统的介绍53-54
• 5.2 复合模糊控制器的设计54-61
• 5.2.1 模糊逻辑算法的实现54
• 5.2.2 复合模糊控制器的整体结构54-55
• 5.2.3 复合模糊控制器的设计55-61
• 5.3 仿真结果61-64
• 5.4 本章小结64-65
• 第6章 结论与展望65-66
• 6.1 全文结论65
• 6.2 未来工作展望65-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-71
• 作者简介71

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8 申功p，

本文编号：314493