仿生机器鱼建模与软硬件实现的研究

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传统的推进方式存在着诸多缺点,而鱼类的游动推进方式具有高速、高效率机动性好、低噪声等诸多优点。因此为研究其推进方式,仿生机器鱼应运而生,其研究内容具有重要的现实意义和潜在的军事及商业价值,本文通过对有关机器鱼研究的文献进行分析和总结,对仿生机器鱼的推进模型及鱼体总体设计及实现进行了研究。仿生机器鱼形态诸多,通过对比各高校及各国的机器鱼的发展情况,本文通过对鲹科鱼类推进模式为研究对象,设计串联式的联动机构实现摆尾运动,分析其游动机理,设计了三自由度的尾鳍推进系统,建立了参数化的三关节尾鳍推进模式的数学模型,并对其推进过程进行了动力学分析,通过利用“二维运动板”理论对尾鳍推进的水动力学进行了初步分析,提炼出控制变量,为控制算法提供基础。针对仿生机器鱼运动的特点,利用AVR单片机进行了硬件控制系统的设计,其中包括:舵机控制,串行通讯电路,遥控发射接收电路等,建立了整个推进系统的硬件控制平台,对控制系统电路进行了调试。设计了PID及状态决策树的控制算法,并进行了基于C语言的下位机的嵌入式控制软件的开发,规划并完成了底层的运动控制程序的编写及调试。论文最后完成了机器鱼入水试验,验证了系统的可行性,对机器鱼在不同控制性能下进行了对比试验,完成机器鱼基本动作控制的验证。
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