自主游动仿生机器鱼的设计与控制

发布时间：2020-08-13 18:07

【摘要】：仿生机器鱼的研究是当前的热点之一,采用仿鱼推进也是未来水下机器人推进方式的发展方向。本论文对鱼类推进原理进行了研究,设计和研制了低成本而高性价比的多关节机器鱼平台,对机器鱼的自主游动和智能控制方面进行了探索。通过对鱼类游动机理的仿生学研究,采用数学建模方法,基于Lighthill方程建立了机器鱼巡航游动模型以及C型快速转弯模型;利用Solid Works建立了四关节湽科式加月牙尾型机器鱼的三维模型并分析了其结构强度;在分析了设计机器鱼的关键问题(如配重、密封、尾部模拟方案、鱼鳍形状及参数)的基础上,提出了一套由部分规划到整体协调设计机器鱼的方法和步骤;搭建了由三大模块协同构成的尾部推进式机器鱼实验平台,包括基于各类传感器的感知模块、基于ARM处理器和Linux系统的决策模块和基于舵机及其控制器的执行模块;首次提出了机器鱼的“三级控制策略”,由低到高分别为游动方式层、游动行为层和智能学习层;提出了机器鱼避障策略——“安全区域法”,并基于两策略开发了机器鱼的自主游动算法。进行了机器鱼的水下游动实验,测量了游动速度、加速度、转弯时间和半径等参数以评估机器鱼性能,着重分析了机器鱼尾部做周期运动时,其摆动幅度大小及频率高低对游动速度的影响。实验表明机器鱼可以成功的在水下自主游动,证明了本平台设计方法的正确性以及“三级控制策略”和“安全区域法”的有效性。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP242;TB17

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本文编号：2792337