仿生机器鱼的控制系统设计与实验研究
仿生机器鱼运动控制技术研究
仿生机器鱼运动控制技术研究一、引言仿生机器鱼是指模仿鱼类行为和机械构造的仿生智能机器人，具有很好的泳动性能，在水下探测和水下维修等领域有着广泛的应用前景。
运动控制技术是仿生机器鱼研究中的重要技术之一，本文将重点介绍仿生机器鱼运动控制技术的研究进展。
二、仿生机器鱼的运动控制技术仿生机器鱼的运动控制技术主要包括三个方面：控制算法、运动学分析和动力学分析。
下面分别进行介绍。
1.控制算法控制算法是指将机器鱼的运动状态转化为对电机控制器输出指令的过程，主要包括开环控制、闭环控制和自适应控制等。
开环控制是根据预设的电机旋转速度和时间来实现机器鱼的运动。
这种控制方法简单易行，但无法对电机输出做出准确的调整。
闭环控制是通过对电机输出信号的反馈控制来实现机器鱼的运动控制，具有较高的控制精度和稳定性。
自适应控制是根据仿生机器鱼本身的状态进行实时调整，实现具有自适应性的控制，实现更高效精准的控制。
2.运动学分析运动学分析是指分析机器鱼在水中的运动特性，包括速度、姿态、位置等，对仿生机器鱼的运动控制提供基础。
仿生机器鱼在水中的运动主要由运动元件和运动机构两部分构成。
运动元件指鱼鳍和尾鳍等，运动机构指控制元件和骨架等。
通过对运动元件和运动机构的运动学分析，可以确定仿生机器鱼在水中的运动特性。
3.动力学分析动力学分析是指分析机器鱼在水中的运动的力学特性，对仿生机器鱼的力学特性分析提供基础。
仿生机器鱼在水中的运动主要由惯性力、阻力和升力等力学特性构成。
通过对仿生机器鱼的动力学特性分析，可以确定机器鱼的运动方向及能耗等相关特性。
三、仿生机器鱼运动控制技术的应用前景仿生机器鱼在水下探测、水下维修等领域有着广泛的应用前景。
其中，水下探测是最为典型的应用之一。
由于传统的无人潜水器需要在水下缓慢移动，在水动力学上取得平衡，并适应水流，因此难以应用于深海探测。
而仿生机器鱼可以模拟鱼的运动形态，不需要外部控制器支持，可以更加有效地应对深海环境的挑战。
仿生机器鱼的研究与开发(1)
自动化理论、技术与应用２．３仿生机器鱼的研制图１ＤＲＡＰＥＲ实验室的ＶＣＵＵＶ第一条仿生机器鱼是ＭＩＴ海洋工程系的Ｔｒｉａｎｔａｆｙｌｌｏｕ研究组研制的ＲｏｂｏＴｕｎａ：Ｃｈａｒｌｉｅ．Ｉ，该机器鱼是一条长约１．２米，由２８４３个零件组成的机器金枪鱼，由６个驱动电机驱动，能够像真鱼一样游动【３０１。
１９９８年，ＤＲＡＰＥＲ实验室基于ＲｏｂｏＴｕｎａ完成了ＶＣＵＩⅣ。
美国东北大学海洋科学中心利用形状记忆合金（ＳＭＡ）和链杆机构开发了波动推进的机器鳗鱼。
美国新墨西哥大学ＭｅｔｈｒａｎＭｏｊａｒｒａｄ研究小组将高分子电解质离子交换膜（ＩＥＭ）镀在金属薄片上，通过外加电场实现人工合成肌肉的运动，产生鳗鱼的游动方式。
日本名古屋大学研制出采用形状记忆合金驱动的微型身体波动式水下推进器和压电陶瓷驱动的双鳍鱼型微机器人。
日本运输省船舶技术研究所（ＮＭｍ）研制的一系列机器鱼中的ＵＰＦ－２００１，旨在研究机器鱼的高性能和多用途。
日本东海大学Ｋａｔｏ实验室为了研究人工胸鳍机动性和推进性能而研制的测试平台：人工胸鳍黑鲈鱼。
三菱重Ｉ（ＭＨＩ）开始生产面向市场的机器腔棘鱼和用于观赏的金色鲤鱼外形机器鱼。
图２三菱公司的机器腔棘鱼中国科学院自动化研究所与北京航空航天大学机器人研究所联合开展了“多微小型仿生机器鱼群体协作与控制的研究”，研制了多种类型的仿生机器鱼。
北京航空航天大学机器人研究所成功使用仿生机器鱼ＳＰＣ．ＩＩ对福建东山县郑成功战舰遗址５０００平方米的海域进行水下探测口¨。
图３ＳＰＣ—ＩＩ仿生机器鱼３ＣＡＳＩＡ仿生机器鱼研制进展仿生机器鱼的研究与开发中科院自动化所在仿生机器鱼方面开展了仿鱼水下运动控制理论、多机器鱼协调控制、自主避障控制、上浮下潜控制、视觉导航控制等多方面开展工作。
３．１仿生机器鱼运动控制与协调方法针对公式（１）所示的鳇科鱼类推进模型进行了仿生机器鱼的控制算法设计。
ｙ幻咖（ｘ，ｆ）警￡（ｃ１戈＋ｃ２碧镎如【意域ｌｚ＋ｃ谢）】（１）。
机器鱼尾鳍运动学研究与控制系统设计
中国海洋大学硕士学位论文机器鱼尾鳍运动学研究与控制系统设计姓名：***申请学位级别：硕士专业：信号与信息处理指导教师：***2003.6.1机器鱼尾鳍运动学研究与控制系统设计机器鱼尾鳍运动学研究与控制系统设计摘要利用仿生水中生物鱼类游动原理，可以制造出性能优良的水下推进系统，这种推进系统比现在所利用的螺旋桨在速度、机动性能和噪声方面更为出色。
本文对鱼类的游动机理和尾鳍运动学原理进行分析，提出利用尾鳍摆动轨迹研究机器鱼的运动学原理方法，设计并实现了一种三关节仿ＢＣＦ＜Ｂｏｄｙａｎｄ／ｏｒＣａｕｄａｌＦｉｎ身体加尾鳍）高效推进方式机器鱼模型（ＯｕｃｅＦｉｓｈ－Ｉ），通过对机器鱼的姿态、运行轨迹进行控制和分析，并对机器鱼的实验结果做了分析，达到研究分析机器鱼的运动学原理的目的。
这些工作为将来的机器鱼研究奠定了基础。
全文分为以下几部分：第一部分，综述了机器鱼研究发展情况的现状，并对本文的主要工作进行了简单的介绍。
在第二部分里描述了鱼类游动机理和行为特征，并对本文为何选择ＢＣＦ推进式鱼类作为仿生对象作了解释，并说明了尾鳍运动学参数和受力情况。
在第三部分，本文分析了鱼类尾鳍推力方程，说明了提高尾鳍摆动的振幅和频率可以提高尾鳍的前向推力。
机器鱼的模型建立是把理想的ＢＣＦ推进式鱼类分为三个部分，分别是：前部刚性的身体，大展弦比的尾鳍和一个连接以上两部分的尾颈。
根据以上模型，本文给出了机器鱼在某个时间段匀速下机器鱼两关节尾鳍摆动轨迹方程。
第四和第五部分利用ＭＣＵ（６８ＨＣ９０８ＭＲ８）实现了对以上模型运动轨迹的实时操作控制，设计完成机器鱼模型（ＯｕｃｅＦｉｓｈ－Ｉ），使机器鱼能利用两关节摆动薄片作为推进器游动。
第六部分通过机器鱼的自主游动实验，初步模拟了机器鱼利用尾鳍摆动推进前进，考察了实验条件下设定鱼的尾鳍摆动相关参数的情况下鱼的游动速度和尾鳍的摆动轨迹情况。
最后，第七部分概述了本文的主要成果，并提出了未来研究工作的着重点和方向。
仿生墨鱼机器人及其关键技术研究共3篇
仿生墨鱼机器人及其关键技术研究共3篇仿生墨鱼机器人及其关键技术研究1随着科技的发展，人们对机器人的需求越来越高，尤其是在某些领域中，如海洋勘测和潜水，机器人可以替代人类进行危险和繁琐的工作。
为此，仿生墨鱼机器人应运而生。
本文将介绍仿生墨鱼机器人及其关键技术研究的概述。
一、仿生墨鱼机器人的概述仿生墨鱼机器人是由中国科学院深海科学与工程研究所的研究人员研发的一种智能水下机器人。
它采用了仿生学的原理，模仿了真正的墨鱼，外形和姿态均与真正的墨鱼十分相似。
它特别适合进行水下勘测和观测任务。
仿生墨鱼机器人采用了一些新技术，例如柔性运动、多自由度控制和自主导航等，能够自如地在水下前进，同时还配备了高清摄像头和激光雷达等设备，能够精确地捕捉周围的环境信息。
二、仿生墨鱼机器人的关键技术仿生墨鱼机器人的关键技术包括了以下几个方面：1、柔性运动技术仿生墨鱼机器人的柔性运动技术是其最大的亮点。
为了实现真正的墨鱼般的柔性运动，研究人员采用了基于流体动力学的仿生学原理，将柔性材料和机械臂等结构相结合，使机器人能够更加灵活地运动。
此外，该技术还能够使机器人在快速移动时减少水阻，降低能量消耗。
2、多自由度控制技术仿生墨鱼机器人共有八个触手，每个触手都具备多自由度的运动能力。
通过利用机械臂的多自由度控制技术，可以控制机器人在复杂的水下环境中进行高精度的定位和导航。
3、自主导航技术自主导航技术是机器人技术中比较重要的一项技术，也是仿生墨鱼机器人的关键技术之一。
通过内置的自主导航系统，可以实现机器人的自主控制和运动。
自主导航系统包括了传感器、航迹规划和动力系统等子系统。
4、智能控制技术智能控制技术是仿生墨鱼机器人的核心技术之一，具有自主学习、自适应和自主决策等特点，可以对周围环境进行感知和分析，对机器人进行控制和优化。
同时，该技术还能够保证机器人在执行任务时具有高效性、精准性和可靠性。
三、仿生墨鱼机器人的应用前景仿生墨鱼机器人具有广阔的应用前景，尤其是在水下勘测、海洋资源开发和水下灾害救援等领域中有着广泛的应用。
基于仿生机器鱼的水环境监测与调控方法研究
基于仿生机器鱼的水环境监测与调控方法研究随着全球水资源短缺与水污染问题日益凸显，对水环境的监测和调控变得尤为重要。
传统的水环境监测方法有时受限于人力、时间和空间等因素，无法满足即时、全面、精确的监测需求。
因此，科学家们开始探索新的水环境监测与调控方法，其中基于仿生机器鱼的技术在近年来备受关注。
仿生机器鱼是一种以生物鱼类运动方式为模板设计的机器人，它模仿鱼类的运动特性和行为，能够实现在水中的自由移动。
利用仿生机器鱼进行水环境监测和调控具有以下优势：1. 灵活性：仿生机器鱼的外形与生物鱼类相似，具有自由灵活的运动能力。
它可以在水中自由游动，进入狭窄的区域和难以到达的地方，实现对水环境各个角落的监测。
2. 高效性：传统的水环境监测方法通常需要大量的人力和时间投入，而仿生机器鱼可以在较短的时间内完成大面积的监测任务。
多个仿生机器鱼可以合作工作，共同完成水环境的监测与调控工作，大大提高效率。
3. 实时性：仿生机器鱼搭载了各种传感器，可以实时监测水体的温度、pH值、溶解氧含量、浊度等指标。
同时，它可以将监测数据通过数据传输技术实时传送给监测人员，实现对水环境变化的即时掌控。
4. 精确性：仿生机器鱼可以根据预设任务，精确测量和记录水体各项参数，并以数字化数据的形式进行存储和分析。
通过分析数据，可以了解水质的变化趋势，预测可能发生的问题，并及时采取相应的调控措施。
基于仿生机器鱼的水环境监测与调控方法研究主要包括以下几个方面：1. 机器鱼设计与制造：针对特定的监测需求，设计合理的仿生机器鱼结构和形态，选择适合的材料和推进方式。
同时，研究机器鱼的运动控制方法，使其能够在水中自由灵活地移动，并完成各项监测任务。
2. 传感器技术应用：仿生机器鱼搭载各种传感器，用于监测水体的温度、pH值、溶解氧含量、浊度等关键指标。
研究如何选择合适的传感器以及传感器的布局和集成方式，提高监测数据的准确性和可靠性。
3. 数据处理与分析：研究如何对仿生机器鱼所收集的监测数据进行处理和分析，提取有用的信息并呈现给用户。
仿生机器鱼运动控制算法设计及性能评估
仿生机器鱼运动控制算法设计及性能评估随着科技的不断发展，仿生机器鱼作为一种模拟真实鱼类行为的智能机器人得到了广泛的关注与研究。
仿生机器鱼具备了真实鱼类的机械结构和运动特征，能够在水中自由地游动、转向和操纵，具备了一定的灵活性和适应性。
在这篇文章中，我将着重探讨仿生机器鱼运动控制算法的设计和性能评估。
首先，我们需要考虑的是仿生机器鱼的运动控制算法的设计。
仿生机器鱼的运动控制算法需要模拟真实鱼类的运动方式，并具备自主的决策能力，以实现在水中灵活自如的运动。
为了实现这一目标，可以考虑以下几个关键因素：1. 运动模式选择：仿生机器鱼可以采用鱼类行为学中已有的运动模式，如直线游动、转向、盘旋等。
选择合适的运动模式可以使机器鱼更加适应不同的环境和任务需求。
2. 运动轨迹规划：仿生机器鱼需要通过计算和规划来确定运动轨迹，以实现预设的任务目标。
可以采用轨迹规划算法来生成运动轨迹，如最优路径规划、遗传算法等。
3. 运动控制策略：仿生机器鱼需要根据环境信息和任务目标来选择合适的运动控制策略，以实现良好的运动性能。
可以采用自适应控制、反馈控制等方法来实现运动控制策略。
4. 感知与感知处理：仿生机器鱼需要通过传感器来感知环境信息，并通过感知处理技术来提取和处理有效的信息。
可以采用视觉传感器、压力传感器等来感知水中的障碍物、水流等信息。
5. 控制器设计：仿生机器鱼的控制器设计需要考虑到运动特性、动力学模型和控制算法的综合因素。
可以采用模糊控制、神经网络控制等方法来设计控制器，以实现精确的运动控制。
在设计完成仿生机器鱼的运动控制算法之后，我们需要对其性能进行评估。
性能评估是评估算法的有效性和可行性的过程，可以通过以下几个方面进行评估：1. 运动准确性：评估仿生机器鱼的运动控制算法在执行各种任务时的准确性。
可以通过比较仿真结果和实际测试结果来评估运动的准确性。
2. 运动稳定性：评估仿生机器鱼在不同环境下的运动稳定性。
可以通过检测机器鱼的姿态、速度等参数来评估运动的稳定性。
仿生机器鱼的设计与控制方法研究
仿生机器鱼的设计与控制方法研究摘要：仿生机器鱼是一种模仿鱼类运动方式和外形结构的智能机器人。
它具有良好的机动性和适应性，可应用于水下探索、水环境监测和救援等领域。
本文对仿生机器鱼的设计与控制方法进行了研究，包括机器鱼的结构参数选择、运动模型建立和控制策略设计。
1. 引言随着工业技术的不断进步和人类对水下领域的不断探索，仿生机器鱼作为一种新型的智能机器人逐渐受到关注。
仿生机器鱼以其类似鱼类的流线型外形和灵活的运动方式，能够在水下环境中进行高效的工作，具有广阔的应用前景。
2. 仿生机器鱼的结构设计2.1 外形结构仿生机器鱼的外形结构应该模仿真实鱼类的形态，以获得更好的机动性和适应性。
在设计时需要考虑鱼类生物学特征，并结合目标任务进行适当的优化。
常见的仿生机器鱼结构包括鱼头、鱼身和鱼尾三个部分，并且通常采用模块化设计，以方便维修和升级。
2.2 材料选择仿生机器鱼的材料选择需要具备一定的强度和柔韧性，能够承受水下环境的压力和扭曲。
一般采用水下耐腐蚀的材料，并根据需要进行防水处理和密封设计。
3. 仿生机器鱼的运动模型仿生机器鱼的运动模型是对其运动原理进行数学建模，以实现运动控制和路径规划等功能。
模型建立的关键在于准确描述仿生机器鱼的运动机制，并考虑水流、水压和机器鱼的物理特性等因素。
4. 仿生机器鱼的控制方法4.1 基于自主学习的控制方法基于自主学习的控制方法利用机器学习算法，通过对仿生机器鱼进行训练和学习，提高其感知和决策能力。
这种方法可以实现适应性控制，使机器鱼能够在不同环境下自主调整运动策略。
4.2 基于反馈控制的控制方法基于反馈控制的方法通过传感器获取机器鱼的状态信息，并根据设定的控制策略进行调整。
这种方法需要建立准确的控制模型，并进行实时的状态反馈和控制计算。
5. 仿生机器鱼的应用领域仿生机器鱼可以应用于水下探索、水环境监测和救援等领域。
在水下探索中，仿生机器鱼可以携带传感器进行海底地质勘测和海洋生物观察；在水环境监测中，仿生机器鱼可以监测水质、测量水流速度等参数；在救援领域，仿生机器鱼可以进行水下搜救和救援行动，提高救援效率。
仿生机器鱼的设计与智能控制的开题报告
仿生机器鱼的设计与智能控制的开题报告一、研究背景和意义随着机器人技术和电子控制技术的不断发展，仿生机器人逐渐成为一种研究热点和发展趋势。
仿生机器人是指模仿生物的外形、结构、动态特性和智能行为，使机器人与生物更加相似，具有更强的适应性和智能化。
其中，仿生机器鱼作为一种仿生机器人，具有良好的水下机动性和仿真性，广泛应用于水下探测、海洋生物学研究、水下资源勘探等领域。
因此，研究仿生机器鱼的设计与智能控制技术，对于推动机器人技术的发展和促进人类社会的进步具有重要意义。
二、研究现状目前，国内外对于仿生机器鱼的研究主要集中于其肢体结构设计和控制系统的优化。
传统的仿生机器鱼通常采用杆式驱动或者薄膜式驱动的机构，但其运动速度较慢，机动性差，难以满足实际应用的需要。
为了提高仿生机器鱼的速度和灵活性，近年来出现了一些新型的驱动机构设计。
例如，采用阿基里斯腱式弹性储能结构作为鱼尾驱动单元的仿生机器鱼，其速度可以达到1.4倍机身长度每秒，具有较高的机动性和运动稳定性。
在控制系统方面，目前最为常见的方法是采用PID控制算法实现姿态稳定和运动控制。
但是，由于水下环境复杂多变，加之水动力学效应的影响，PID控制算法在实际应用中存在一些局限性，如运动控制精度低、鲁棒性弱等问题。
因此，目前研究人员开始尝试应用自适应控制算法和模糊控制算法来解决这些问题，使仿生机器鱼的运动控制更加精准和稳定。
三、研究内容和方法本文拟从仿生机器鱼的机构设计和智能控制两个方面展开研究，具体内容包括：1. 设计阿基里斯腱式弹性储能结构的仿生机器鱼，并分析其水动力学特性和运动性能；2. 尝试应用基于自适应控制和模糊控制的控制算法，分析其在仿生机器鱼运动控制中的适用性和优劣；3. 基于实验数据和仿真模拟结果，对仿生机器鱼的设计和智能控制进行优化和改进，提高其运动速度和机动性。
本文主要采用理论分析、仿真模拟和实验验证相结合的方法，将阿基里斯腱式结构应用于仿生机器鱼的设计中，并对控制算法进行比较和分析，以验证仿生机器鱼的运动性能和控制效果。
仿生机器鱼的机构设计与智能控制研究的开题报告
仿生机器鱼的机构设计与智能控制研究的开题报告一、选题的背景和意义随着人类社会的不断发展，科技水平不断提高，仿生技术成为了研究的热点之一。
仿生技术是以生物系统为蓝本，研究生物系统的结构、功能、过程、原理，将其应用到工程技术中的一种新颖而独特的技术。
仿生技术的应用范围广泛，其中仿生机器鱼是较为复杂且具有广泛应用前景的一种研究方向。
仿生机器鱼作为仿生技术的一种应用，可以模仿真实鱼类的生理结构和运动模式，实现水中的高效运动、检测和控制，应用广泛。
例如，在水质监测和水产养殖等领域中可以提高工作效率和监测准确性，同时，仿生机器鱼还可以在水下探测、拯救等领域中发挥重要作用。
二、研究的内容和方法本研究的内容是对仿生机器鱼的机构设计与智能控制进行研究，并实现仿真实鱼类的运动方式与姿态控制等功能。
本研究的方法主要包括对仿生机器鱼的生物学研究、机械学研究和电子学研究等多学科交叉研究。
对于机构设计方面，需要研究分析鱼类运动的生物学原理和机械学机制，确定机器鱼的结构和运动方式，并制定相应的科学设计。
具体包括：机器鱼的形态和运动结构设计、鳍和尾的运动控制模型、流体与机械的耦合分析、摩擦特性分析等。
对于智能控制方面，需要实现机器鱼的自主控制，包括决策模型、控制模型、反馈模型等的构建及其相应控制算法的设计与实现。
具体包括：基于传感器的仿生机器鱼感知系统设计、基于运动捕捉实现的姿态控制算法、运动路径规划与控制算法等。
三、预期成果及应用前景本研究的预期成果是：设计出能够模仿鱼类运动的仿生机器鱼机构；实现仿生机器鱼的姿态控制和路径规划；建立基于传感器和反馈控制的仿生机器鱼控制系统。
本研究的应用前景很广泛。
在水产养殖、水下探测、水质监测、水下救援等领域都有应用前景。
尤其在一些恶劣环境下，仿生机器鱼可以代替人类进行任务需求，保障了人类的安全和生命。
胸尾鳍协同推进仿生机器鱼模块化设计及CPG控制
胸尾鳍协同推进仿生机器鱼模块化设计及CPG控制胸尾鳍协同推进仿生机器鱼模块化设计及CPG控制引言：在近年来的机器人研究领域中，仿生机器鱼逐渐成为了研究热点之一。
仿生机器鱼通过对真实鱼类的形态、运动方式和控制机制进行模仿，可以在水中进行各种任务，如水下探测、水下救援等。
本文将探讨胸尾鳍协同推进仿生机器鱼的模块化设计及其中央模式发生器（central pattern generator，CPG）控制方法，并通过实验证明其性能和潜力。
一、胸尾鳍协同推进仿生机器鱼的模块化设计胸尾鳍协同推进仿生机器鱼是一种基于生物学仿生学原理设计的机器人，其主要由胸鳍、尾鳍和推进机构组成。
胸鳍模块通过模仿鱼类胸鳍的形态和运动方式，实现机器鱼的稳定性和机动性。
尾鳍模块则通过模仿鱼类尾鳍的运动方式，实现机器鱼的推进和转向能力。
推进机构模块是机器鱼的主要动力来源，可以通过电动机、液压或气动等方式驱动。
在胸尾鳍协同推进仿生机器鱼的设计中，对于每个模块的形态和运动方式的选择非常重要。
胸鳍的形态可以采用由多个关节连接而成的结构，以实现复杂的运动。
尾鳍的形态可以采用鱼类尾鳍的非对称结构，以实现对推进和转向的精确控制。
推进机构的选择要考虑到机器鱼的推进效率和动力输出能力。
模块化设计的优势在于可以根据任务需求进行个别模块的更换和升级，而无需对整个机器鱼进行改动。
这极大地提高了机器鱼的灵活性和可重复性。
同时，模块化设计也方便了对机器鱼模块的控制方法的研究和改进。
二、CPG控制方法在胸尾鳍协同推进仿生机器鱼中的应用中央模式发生器（central pattern generator，CPG）是一种通过本体神经元之间的相互作用产生周期性运动模式的控制方法。
CPG控制方法在仿生机器鱼研究中被广泛应用，因为它能够产生类似于真实鱼类游动的运动轨迹和节奏。
在胸尾鳍协同推进仿生机器鱼中，可以将CPG控制方法用于胸鳍和尾鳍模块的动作控制。
通过对CPG的参数和拓扑结构进行调整和优化，可以实现胸鳍和尾鳍的协同运动。
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进行了遥控控制机器鱼实现加减速、转弯、升潜三维动作的水下试验。 加减速试验论证了尾鳍摆动频率、尾鳍后缘最大摆幅以及尾鳍的最大击水角 度对鱼体速度的影响；转弯试验测得了机器鱼惯性前进转弯和静止转弯时的 转弯半径；在机器鱼的升潜试验中论证了胸鳍不同转角对升潜运动的影响。 关键词 仿生机器鱼；PWM；运动学分析；C8051
通过对鯵科加新月形尾鳍推进模式鱼类的仿生学研究，设计了单电机驱 动两关节联动的尾鳍推进仿生金枪鱼，以胸鳍作为升降舵实现机器鱼的上浮 和下潜，还可实现惯性前进转弯和静止转弯。建立了参数化的两关节尾鳍推 进模式的数学模型，并对推进过程进行了运动学和动力学分析。
针对仿生机器鱼的运动特点，设计了基于 C8051 单片机的机器鱼硬件 控制系统，建立整个推进系统的硬件控制平台，并进行了基于 C 语言的下 位机嵌入式控制软件的开发,完成了控制程序的编写和调试。
According to the robot fisn’s motions, the author has designed hardware of robot fish’s control system based on C8051 microcontroller, has established the hardware platform to the entire propulsion system, has developped control software based on C language. The procedure has been compiled and debugged.
工学硕士学位论文
仿生机器鱼的控制系统设计与实验研究
戴坡
哈尔滨工业大学
200பைடு நூலகம் 年 6 月
图书分类号：TJ610.2 U.D.C.: 681.14
工学硕士学位论文
仿生机器鱼的控制系统设计与实验研究
硕 士 研 究 生： 戴 坡
导
师： 陈维山 教授
申 请 学 位： 工学硕士
学 科 、 专 业： 机械电子工程
第 1 章 绪论................................................................................................................ 1 1.1 引言................................................................................................................... 1 1.2 鱼类推进模式及分类....................................................................................... 2 1.3 仿生机器鱼技术的研究概况........................................................................... 3 1.3.1 国外仿生机器鱼的研究现状.................................................................... 3 1.3.2 国内仿生机器鱼研究现状........................................................................ 5 1.4 本课题的研究目标和研究内容....................................................................... 7
Mechatronics Engineering School of Mechatronics Engineering June, 2006
Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
长期以来，仿生机器鱼一直是仿生科研领域的一个研究热点，其中一个 研究分支是模仿金枪鱼等鯵科加新月形尾鳍推进模式的仿生机器鱼，其特点 是能源利用率高，推进速度快，适于长时间、大范围的水下作业。仿生推进 技术对海洋考察、救生以及军事领域具有很高的应用价值。本课题依托国家 自然基金项目“仿鱼鳍水下推进器的理论与实验研究”在前人机器鱼研究的 基础上，开展了对鯵科加新月形尾鳍的仿生机器鱼的系统总体研究。
第 2 章 仿鲹科加新月形尾鳍机器鱼的仿生学研究................................................ 8 2.1 引言................................................................................................................... 8 2.2 仿生机器鱼的推进机理及参数描述............................................................... 8 2.2.1 鱼体运动.................................................................................................... 8 2.2.2 尾鳍运动.................................................................................................... 9 2.2.3 影响尾鳍运动的参数.............................................................................. 10 2.2.4 鱼类回转运动.......................................................................................... 13 2.2.5 鱼类升潜运动.......................................................................................... 13 2.3 运动学模型建立及分析................................................................................. 14 2.3.1 运动学模型的建立.................................................................................. 14 2.3.2 运动学分析.............................................................................................. 16 2.4 动力学模型建立及分析................................................................................. 17 2.4.1 阻力分析.................................................................................................. 18 2.4.2 推力分析.................................................................................................. 19 2.5 推进效率分析................................................................................................. 20 2.6 本章小结......................................................................................................... 21
Through the fundamental academic research of tunny’s swimming mode, the single motor-driven-robot fish has been designed, which has two joints taking pectoral fins as an elevator to make the fish-like robot moving up and down, Moreover it can achieve the inertia swerve and the static swerve. The parameterized mathematical model of double-hinged system has been established. The kinematics and dynamics analysis to the propulsion processe have been established. The kinematics and dynamic equation have been established.