仿生机器鱼的多模态游动及其学习控制研究-论文-万方医学网

仿生机器鱼的多模态游动及其学习控制研究

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摘要仿生机器鱼具有巨大的潜在应用前景，其多模态游动及学习控制能力是其适应环境、推广应用的关键。本文以仿生机器鱼为研究对象，从仿生机器鱼自主游动目标出发，主要研究了基于CPG的仿生机器鱼多模态游动、路径规划以及迭代学习控制轨迹跟踪等内容，并且通过仿真和实验验证了相关方法可行性。具体研究内容如下:<br>　　首先，探讨了仿生机器鱼的多模态游动及其学习控制研究背景及意义，综述了仿生机器鱼研究的国内外现状，并对本文章节安排及内容进行了简要介绍。<br>　　其次，深入分析了仿生机器鱼的CPG控制模型，在此基础上构建了基于Hopf振荡器的CPG模型，引入相位耦合因子，实现了多模态间的自由切换;利用牛顿-欧拉方法建立了仿生机器鱼动力学模型，进行了动力学分析，并开展了多模态游动及切换的仿真和实验，结果表明了所建立的仿生机器鱼模型的有效性。<br>　　再次，为了实现仿生机器鱼自主游动，探讨了基于蚁群算法的仿生机器鱼路径规划方法，采用栅格法建立机器鱼游动环境模型，设置游动起始点、障碍和目标点，利用蚁群算法实现了机器鱼路径规划，并根据蚁群算法参数最优原则，得到最优路径的参数取值范围，进行了仿真验证，仿真结果显示，机器鱼能找到从起始点到目标点的最优路径。<br>　　最后，为了使仿生机器鱼能按照预定轨迹游动，确保完成任务的可靠性，研究了基于迭代学习的仿生机器鱼轨迹跟踪控制，建立了三关节仿生机器鱼模型，设计了其轨迹跟踪的迭代学习控制器，进一步分析了其收敛性，并进行了仿真和实验验证，实现了对机器鱼鱼体波的轨迹跟踪，且跟踪效果良好。