基于CPG的仿生机器鱼运动控制优化
发布时间：2021-12-30 22:06
仿生机器鱼在水下具有很大的应用前景,特别是基于中枢模式发生器（CPG）机制的多模态运动控制给仿生机器鱼的研究带来了新的机遇和挑战。本文以仿生机器鱼为研究对象,从CPG控制及优化角度出发,搭建仿生机器鱼监控系统、建立仿生机器鱼动力学模型、分析CPG数学模型并进行参数优化、仿生机器鱼游动速度优化和推进效率优化,并受生物运动启发对基于Spiking神经网络和CPG的分层运动控制进行了研究,主要工作内容如下:首先,阐述了基于CPG的仿生机器鱼游动控制的研究背景以及国内外研究现状,并在实验室前期研究工作的基础上,通过仿生机器鱼设计与研制、监控系统实验平台硬件研发、通讯协议与规约制定、监控软件开发,搭建了仿生机器鱼监控系统实验平台。其次,分析与优化了仿生机器鱼运动控制的CPG模型参数,解决了CPG模型参数整定难的问题。仿生机器鱼游动控制CPG模型存在振动频率、振动幅值、激励、下行耦合参数、上行耦合参数等诸多参数,传统试凑方法效率低、稳定性差,为此本文采用粒子群优化方法（PSO）对CPG模型参数进行优化,并进行了仿真及实验平台测试,所得结果验证了利用PSO算法进行CPG模型参数整定的可行性。再次,针...
【文章来源】：山东建筑大学山东省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于CPG控制的仿生机器人
其次设计开发了系统软件平台，包括系统软件计上位机与仿生机器鱼之间的通信协议，开发仿生控制通信。监控系统可以动态监控仿生机器鱼多模态游动姿态。最后现了动态监控仿生机器鱼的直游、转弯、上浮、下潜等功能总体设计设计包括整体硬件平台设计和软件平台设计，硬件平台设计信系统硬件设计（采用射频模块 RF200 通信系统硬件）。软写及仿生机器鱼监控系统通信的实现，设计了基于 RF433MH统，制定了通信协议，编写了仿生机器鱼嵌入式软件，并开管理软件。在此基础上，搭建了仿生机器鱼实验测试平台。高清摄像头
山东建筑大学硕士学位论文鱼停止游动。2. 3 硬件平台设计2.3.1 仿生机器鱼硬件部分图 2.2 给出了仿生机器鱼结构示意图，仿生机器鱼机械结构包括偏航头部、刚性身体前段、灵活摆动的身体后段以及尾鳍。其中偏航头部内部含有陀螺仪控制自由度；体前段刚性外壳采用密度较小的化学材料；鱼体后段采用传统的链式推进结构；尾鳍用月牙形状。仿生机器鱼本体被黑色的防水鱼皮包裹住。实验平台所用的仿生机器鱼如图 2.3 所示。头部是刚体结构，装有控制模块、电池等后部是鱼体的躯干部分，为柔软体，内部包含 4 个舵机以及防水鱼皮，尾部是月牙状体。头部多关节链式推进结构
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Spiking神经网络的机械臂故障诊断（英文）[J]. 王秀青,曾慧,解飞,吕峰. 山东大学学报(工学版). 2017(05)
[2]基于多超声传感器信息和NeuCube的移动机器人走廊场景识别[J]. 王秀青,侯增广,潘世英,谭民,王永吉,曾慧. 计算机应用. 2015(10)
[3]基于STM32无线通信系统的设计[J]. 尹舜,黄晓祥,谢光直,王鹏飞. 信息通信. 2015(08)
[4]基于遗传算法的蛇形机器人CPG模型参数优化[J]. 连晓峰,郭卫平,廉小亲,苏中,赵旭. 计算机工程与设计. 2015(07)
[5]机器海豚多模态游动CPG控制[J]. 汪明,喻俊志,谭民,王会东,李成栋. 自动化学报. 2014(09)
[6]基于Adams的仿生机械鱼鱼尾机构设计[J]. 黄世明,吴逸涵,刘立国. 电子世界. 2014(12)
[7]中枢模式发生器网络步态运动[J]. 邹金慧,石磊,黄国勇,王晓东. 南京理工大学学报. 2014(02)
[8]基于MPU6050的双轮平衡车控制系统设计[J]. 赖义汉,王凯. 河南工程学院学报(自然科学版). 2014(01)
[9]中枢模式发生器在机器人控制领域的应用[J]. 周守信. 中国高新技术企业. 2013(02)
[10]浅谈RFID技术及其在智能建筑中的应用[J]. 王娟,王琼. 智能建筑与城市信息. 2012(07)
博士论文
[1]主被动变形鱼鳍推进机理与实验研究[D]. 刘波.中国科学技术大学 2015
[2]基于多层CPG的足式机器人运动控制研究[D]. 王婷婷.哈尔滨工业大学 2014
[3]仿生推进器的水动力性能理论预报与实验研究[D]. 于凯.哈尔滨工程大学 2007
[4]仿生机器鱼巡游和机动的运动机理研究[D]. 陈宏.中国科学技术大学 2006
硕士论文
[1]基于STDP的多种忆阻神经网络学习的研究[D]. 田园.重庆大学 2015
[2]Izhikevich神经元控制参数对可塑性神经元网络动力学的影响[D]. 白天星.河北师范大学 2015
[3]仿生机器水母推进理论与实验研究[D]. 王鹏.哈尔滨工业大学 2014
[4]带缆遥控水下机器人总体设计及流体动力特性研究[D]. 窦京.江苏科技大学 2014
[5]水中仿生机器人仿真控制平台研究与优化[D]. 孙小进.湖南大学 2013
[6]面向全局视觉机器鱼的多目标跟踪系统的研究与实现[D]. 唐宇峰.华东交通大学 2013
[7]配电网单相接地故障定位功能在组态软件中的实现[D]. 苏征宇.华北电力大学 2013
[8]基于柔性体模型的鲹科鱼游动的水动力学数值模拟研究[D]. 胡亚南.哈尔滨工业大学 2012
[9]基于邻域粗糙集和粒子群优化BP网络的上市企业财务预警研究[D]. 张建华.山东财经大学 2012
[10]带胸鳍仿生鱼的自主游动数值模拟[D]. 徐义刚.上海交通大学 2012
本文编号：3559049
【文章来源】：山东建筑大学山东省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于CPG控制的仿生机器人
其次设计开发了系统软件平台，包括系统软件计上位机与仿生机器鱼之间的通信协议，开发仿生控制通信。监控系统可以动态监控仿生机器鱼多模态游动姿态。最后现了动态监控仿生机器鱼的直游、转弯、上浮、下潜等功能总体设计设计包括整体硬件平台设计和软件平台设计，硬件平台设计信系统硬件设计（采用射频模块 RF200 通信系统硬件）。软写及仿生机器鱼监控系统通信的实现，设计了基于 RF433MH统，制定了通信协议，编写了仿生机器鱼嵌入式软件，并开管理软件。在此基础上，搭建了仿生机器鱼实验测试平台。高清摄像头
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【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Spiking神经网络的机械臂故障诊断（英文）[J]. 王秀青,曾慧,解飞,吕峰. 山东大学学报(工学版). 2017(05)
[2]基于多超声传感器信息和NeuCube的移动机器人走廊场景识别[J]. 王秀青,侯增广,潘世英,谭民,王永吉,曾慧. 计算机应用. 2015(10)
[3]基于STM32无线通信系统的设计[J]. 尹舜,黄晓祥,谢光直,王鹏飞. 信息通信. 2015(08)
[4]基于遗传算法的蛇形机器人CPG模型参数优化[J]. 连晓峰,郭卫平,廉小亲,苏中,赵旭. 计算机工程与设计. 2015(07)
[5]机器海豚多模态游动CPG控制[J]. 汪明,喻俊志,谭民,王会东,李成栋. 自动化学报. 2014(09)
[6]基于Adams的仿生机械鱼鱼尾机构设计[J]. 黄世明,吴逸涵,刘立国. 电子世界. 2014(12)
[7]中枢模式发生器网络步态运动[J]. 邹金慧,石磊,黄国勇,王晓东. 南京理工大学学报. 2014(02)
[8]基于MPU6050的双轮平衡车控制系统设计[J]. 赖义汉,王凯. 河南工程学院学报(自然科学版). 2014(01)
[9]中枢模式发生器在机器人控制领域的应用[J]. 周守信. 中国高新技术企业. 2013(02)
[10]浅谈RFID技术及其在智能建筑中的应用[J]. 王娟,王琼. 智能建筑与城市信息. 2012(07)
博士论文
[1]主被动变形鱼鳍推进机理与实验研究[D]. 刘波.中国科学技术大学 2015
[2]基于多层CPG的足式机器人运动控制研究[D]. 王婷婷.哈尔滨工业大学 2014
[3]仿生推进器的水动力性能理论预报与实验研究[D]. 于凯.哈尔滨工程大学 2007
[4]仿生机器鱼巡游和机动的运动机理研究[D]. 陈宏.中国科学技术大学 2006
硕士论文
[1]基于STDP的多种忆阻神经网络学习的研究[D]. 田园.重庆大学 2015
[2]Izhikevich神经元控制参数对可塑性神经元网络动力学的影响[D]. 白天星.河北师范大学 2015
[3]仿生机器水母推进理论与实验研究[D]. 王鹏.哈尔滨工业大学 2014
[4]带缆遥控水下机器人总体设计及流体动力特性研究[D]. 窦京.江苏科技大学 2014
[5]水中仿生机器人仿真控制平台研究与优化[D]. 孙小进.湖南大学 2013
[6]面向全局视觉机器鱼的多目标跟踪系统的研究与实现[D]. 唐宇峰.华东交通大学 2013
[7]配电网单相接地故障定位功能在组态软件中的实现[D]. 苏征宇.华北电力大学 2013
[8]基于柔性体模型的鲹科鱼游动的水动力学数值模拟研究[D]. 胡亚南.哈尔滨工业大学 2012
[9]基于邻域粗糙集和粒子群优化BP网络的上市企业财务预警研究[D]. 张建华.山东财经大学 2012
[10]带胸鳍仿生鱼的自主游动数值模拟[D]. 徐义刚.上海交通大学 2012
本文编号：3559049
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