一种仿生机器鱼的运动分析及其控制系统研究-论文-万方医学网

一种仿生机器鱼的运动分析及其控制系统研究

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摘要仿生机器鱼采用鱼类游动的高速、高效率、机动性好、低噪声等特点的推进方式，其研究内容具有重要的现实意义和直接的军事价值。本文对机器鱼的研究文献进行分析和综述，对机器鱼的仿生运动及其实现技术进行了研究。　　本文以鲹科模式鱼类为仿生对象，通过对鲹科模式鱼类游动机理的仿生学研究，设计了两自由度的尾鳍推进机构及单自由度的胸鳍机构的机器鱼机械本体结构，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、动力学分析，建立了推进系统动力学方程，对尾鳍和胸鳍推进的水动力进行了初步分析。　　针对仿生机器鱼运动特点，设计了基于AVR单片机的机器鱼硬件控制系统，包括关节伺服电机的驱动控制电路、串行通讯电路、A/D转换电路、力矩传感器数据的差分放大电路、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，对控制系统硬件电路进行了调试。设计了运动控制实现的基本算法，并进行了基于C语言的下位机嵌入式控制软件的开发，规划并完成了底层运动控制程序的编写及调试。　　论文最后建立了机器鱼实验系统，进行了机器鱼关节驱动性能测试和推进实验，验证了系统设计的可行性，对机器鱼在不同运动状态下的控制性能进行了对比实验和分析。