基于嵌入式系统的机器鱼及其远程控制平台的设计与实现

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水下仿生机器人是目前世界上很多国家争相投入的前沿技术领域,美国、日本和欧洲等国家和地区在这一领域开展了大规模的研究,在鱼体运动特征等方面取得了很多研究成果,各种仿真模型和运动实体相继被设计和研发。随着研究的不断深入,对水下机器人的自主能力要求越来越高。本文以仿生机器鱼为研究对象,着重提高其自主性能,设计了基于嵌入式系统的自主视觉机器鱼及远程控制平台。本文主要研究成果如下:  第一,通过对自主鱼基本结构的分析和控制原理的研究,完成了自主鱼各个部分的方案设计及论证,主要包括嵌入式主控系统,图像采集与处理,自主鱼无线通信系统和定位系统,最后形成嵌入式自主机器鱼的总体设计方案。  第二,完成了嵌入自主机器鱼的硬件系统设计。以ARM9主控系统为核心,外围电路包括视觉模块、图像处理模块、执行机构、通信模块、系统电源、充电电流和电池电压检测及过流保护、漏水检测和红外测距等。  第三,在嵌入式Linux环境下,采用多线程技术完成自主机器鱼的软件设计。这部分涉及到上层软件和底层驱动,主要包括视频数据的采集与传输、图像处理、网络通信系统、无线网卡接口的设计、舵机驱动和测距软件设计等。  第四,自主机器鱼的运动控制系统设计。基于仿生学和智能控制,为自主鱼设计了基于CPG的运动控制模型和多种运动模态,使其能够在三维空间内灵活运动,包括直游、后退、转弯、上升和下潜等,并能够在多种模态下实现平滑切换,最后基于红外测距方法实现自主鱼的避障。  第五,基于网络的自主鱼远程控制实验平台设计。以自主鱼为服务器、监控室内的PC机为客户端,实现对自主鱼所在的水下环境的检测。设计完成远程监控平台的界面,通过监控平台能够实时对自主鱼进行远程控制,最后对系统进行性能测试,通过实验对系统的设计方法进行了验证。
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