本文選題：仿生 + 機(jī)器海豚��； 參考：《深圳大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：因?yàn)殛懙刭Y源的減少和日益突出的海洋安全問題,如何利用水下機(jī)器人安全、高效完成水下資源探測(cè)、安全巡查等任務(wù)成為當(dāng)前熱門研究方向。仿生型水下機(jī)器人具備噪音小、隱蔽性好、游進(jìn)效率高等優(yōu)點(diǎn),具有更加廣闊的研究前景。而在眾多水下生物中,海豚在游動(dòng)性能和減阻機(jī)制上具有更為優(yōu)越的性能,更適合成為自動(dòng)控制、機(jī)器人學(xué)等交叉學(xué)科研究的對(duì)象,所以各國研究者對(duì)仿生機(jī)器海豚的研究越來越多。本論文的研究對(duì)象是仿生機(jī)器海豚控制系統(tǒng)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,機(jī)器海豚需要自主完成直行、轉(zhuǎn)彎、上浮下潛等基本動(dòng)作以及高速迅游和躍水等任務(wù)。針對(duì)上述運(yùn)動(dòng)姿態(tài)和功能性需求,本文主要完成了水下自主控制系統(tǒng)的搭建,在不需要水面工作人員的介入以及能源供應(yīng)的情況下自動(dòng)切換運(yùn)動(dòng)模式和進(jìn)行姿態(tài)識(shí)別等操作。具體研究工作如下:首先對(duì)海豚運(yùn)動(dòng)姿態(tài)進(jìn)行了分析,同時(shí)結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)部分將海豚運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模塊化,同時(shí)介紹機(jī)器海豚動(dòng)力裝置和選型工作。針對(duì)模塊化的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)以分布式控制系統(tǒng)為核心,結(jié)合CAN總線技術(shù),利用DSP作為核心運(yùn)動(dòng)控制器,搭配無線通信模塊和姿態(tài)傳感器模塊的仿生海豚控制系統(tǒng)。在制定了整體控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)后,接下來就重點(diǎn)介紹了仿生機(jī)器海豚的軟硬件設(shè)計(jì)。首先完成了控制系統(tǒng)各模塊的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),包括運(yùn)動(dòng)控制模塊、姿態(tài)模塊、電壓轉(zhuǎn)換模塊及無線通信模塊的元器件選型,針對(duì)選定元器件完成電路原理圖的繪制和PCB板設(shè)計(jì)及制作。軟件部分則重點(diǎn)介紹了海豚運(yùn)動(dòng)姿態(tài)設(shè)計(jì),針對(duì)前期海豚動(dòng)作設(shè)計(jì)要求先完成了以DSP為核心控制器的運(yùn)動(dòng)控制功能模塊的程序運(yùn)行流程圖規(guī)劃和相應(yīng)代碼設(shè)計(jì),同時(shí)對(duì)于多電機(jī)協(xié)同運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)引入CAN總線控制技術(shù)。為了更好地實(shí)現(xiàn)人機(jī)實(shí)時(shí)交互功能,本文也完成了基于無線數(shù)傳技術(shù)的無線通信功能,同時(shí)利用LabVIEW編寫的上位機(jī)界面。為了保證仿生海豚在水下的正常工作,針對(duì)其特殊的運(yùn)動(dòng)環(huán)境和嚴(yán)格的密封要求,本文完成了海豚腔體內(nèi)部及控制系統(tǒng)PCB板的熱分析和散熱優(yōu)化設(shè)計(jì),同時(shí)對(duì)可能出現(xiàn)的冷凝水狀況進(jìn)行了分析和解決方案設(shè)計(jì)。最后,進(jìn)行了海豚控制系統(tǒng)的硬件可行性測(cè)試、軟件部分仿真和基于機(jī)械結(jié)構(gòu)的軟硬件聯(lián)合調(diào)試,最終進(jìn)行海豚水下測(cè)試。經(jīng)過測(cè)試,仿生機(jī)器海豚控制系統(tǒng)能保證自主運(yùn)動(dòng)、多姿態(tài)轉(zhuǎn)換和高速迅游,完成預(yù)定設(shè)計(jì)目標(biāo)。
[Abstract]:Because of the decrease of land resources and the increasingly prominent marine safety problems, how to use underwater vehicle safety, how to efficiently complete underwater resource detection, safety inspection and other tasks has become a hot research direction. The bionic underwater vehicle has the advantages of low noise, good concealment, high swimming efficiency and so on. Among many underwater organisms, dolphins have more superior performance in swimming performance and drag reduction mechanism, and are more suitable for cross-disciplinary research, such as automatic control, robotics and so on. So researchers from all over the world are studying more and more bionic robotic dolphins. The object of this thesis is the bionic robot dolphin control system. According to the design requirements, the robot dolphin needs to complete the basic movements such as straight, turn, float and dive, as well as high speed fast swim and jump water tasks. In view of the above motion posture and functional requirements, this paper mainly completed the underwater autonomous control system, without the involvement of water surface workers and energy supply, automatically switch the motion mode and attitude recognition operations. The specific research work is as follows: firstly, the dolphin motion posture is analyzed, and the dolphin movement mechanism is modularized in combination with the mechanical design, and the machine dolphin power device and selection work are introduced at the same time. According to the characteristics of the modularized mechanism, the bionic dolphin control system is designed with distributed control system as the core, combined with CAN bus technology, using DSP as the core motion controller, and with wireless communication module and attitude sensor module. After the overall control system structure is established, the software and hardware design of the bionic robot dolphin is introduced. First of all, the hardware structure of each module of the control system is designed, including motion control module, attitude module, voltage conversion module and wireless communication module. The circuit schematic drawing and the design and manufacture of PCB board are completed for the selected components. The software part focuses on dolphin motion posture design. According to the previous dolphin motion design requirements, the program flow chart planning and corresponding code design of the motion control function module with DSP as the core controller are completed first. At the same time, CAN bus control technology is introduced to the characteristics of multi-motor cooperative motion. In order to realize the function of human-computer real-time interaction, the wireless communication function based on wireless data transmission technology is completed in this paper, and the upper computer interface written by LabVIEW is used at the same time. In order to ensure the normal operation of the bionic dolphin under water, according to its special moving environment and strict sealing requirements, the thermal analysis and heat dissipation optimization design of the dolphin cavity and the control system PCB board are completed in this paper. At the same time, the possible condensate water situation is analyzed and the solution is designed. Finally, the feasibility test of the dolphin control system is carried out. The simulation of the software and the joint debugging of the hardware and software based on the mechanical structure are carried out. Finally, the underwater test of the dolphin is carried out. After testing, the bionic robot dolphin control system can ensure autonomous movement, multi-attitude conversion and high-speed fast travel, and achieve the intended design objectives.
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP273;TP242

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉淑晶;竇艷濤;王殿君;許孟龍;;投球自動(dòng)機(jī)器人及其控制系統(tǒng)研究[J];機(jī)械工程師;2006年07期

2 楊金華;楊曉燕;洪加發(fā);;自動(dòng)對(duì)邊控制系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J];機(jī)械工程師;2013年05期

3 劉棟材;申遠(yuǎn);鐘俊;齊向東;于海利;竺長安;;大型衍射光柵刻劃機(jī)控制系統(tǒng)研究[J];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào);2011年06期

4 孫揮;;基于8051的骨傷微振康復(fù)儀控制系統(tǒng)研究[J];機(jī)械工程與自動(dòng)化;2014年01期

5 劉玲;;電腦自動(dòng)調(diào)線機(jī)控制系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[J];武漢科技學(xué)院學(xué)報(bào);2009年01期

6 郭樺;陳士忠;江雪晨;喻惠業(yè);吳玉厚;;高處作業(yè)平臺(tái)安全鎖試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)研究[J];中國工程機(jī)械學(xué)報(bào);2011年01期

7 焦生杰;電控液壓泵—馬達(dá)車輛行駛控制系統(tǒng)研究[J];西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào);1999年01期

8 林志寧;灌溉及節(jié)水型農(nóng)業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)研究[J];甘肅水利水電技術(shù);2002年01期

9 高峰,左啟耀,王建;客車網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)研究[J];東北電力學(xué)院學(xué)報(bào);2004年02期

10 張景明;張恕遠(yuǎn);駱敏;徐麗;;放射性膠囊自動(dòng)分裝控制系統(tǒng)研究[J];機(jī)床與液壓;2008年03期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 謝光輝;張進(jìn)春;趙連臣;朱志勇;;自動(dòng)抽吸采油裝置控制系統(tǒng)研究[A];全國先進(jìn)制造技術(shù)高層論壇暨第九屆制造業(yè)自動(dòng)化與信息化技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2010年

2 張力;盛曉巖;許新民;孫艷麗;楊樹敏;;高準(zhǔn)確度壓力和溫度校準(zhǔn)裝置的控制系統(tǒng)研究[A];中國儀器儀表學(xué)會(huì)第三屆青年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（下）[C];2001年

3 葉春生;莫健華;樊自田;;基于嵌入式ARM的材料成形控制系統(tǒng)研究[A];2009年促進(jìn)中部崛起專家論壇暨第五屆湖北科技論壇——裝備制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇論文集（下）[C];2009年

4 劉強(qiáng);王曉芳;宋毅;;關(guān)于工廠自動(dòng)化生產(chǎn)物流控制系統(tǒng)研究[A];天津市電視技術(shù)研究會(huì)2012年年會(huì)論文集[C];2012年

5 吳瓊;彭憶強(qiáng);;基于模型的汽車電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)研究[A];2009年中國智能自動(dòng)化會(huì)議論文集（第一分冊(cè)）[C];2009年

6 張衛(wèi)豐;余岳輝;張沛;謝帶達(dá);;基于RTW的DSP控制系統(tǒng)研究[A];2006中國電工技術(shù)學(xué)會(huì)電力電子學(xué)會(huì)第十屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集[C];2006年

7 海濤;李蕓;溫筱茜;王林君;吳昊;劉波;梁豐;;基于GPRS的移動(dòng)控制系統(tǒng)研究[A];中南六省（區(qū)）自動(dòng)化學(xué)會(huì)第24屆學(xué)術(shù)年會(huì)會(huì)議論文集[C];2006年

8 張昱;金心宇;姜玄珍;;降解有機(jī)廢氣的倍頻式反應(yīng)控制系統(tǒng)研究[A];中國儀器儀表學(xué)會(huì)測(cè)控技術(shù)在資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2001年

9 李紅巖;王秀;侯媛彬;;精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)田間變量施肥控制系統(tǒng)研究[A];農(nóng)業(yè)工程科技創(chuàng)新與建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)——2005年中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集第三分冊(cè)[C];2005年

10 關(guān)宏;楊文華;張勇;張智勇;卯彥;熊捷;;激光導(dǎo)引AGV車載控制系統(tǒng)研究[A];2004年中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集：物流工程與中國現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)——第七屆物流工程學(xué)術(shù)年會(huì)專輯[C];2004年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 航天科技集團(tuán)公司812所 所長 甘克力 黨委書記 吳柏慶;打造一流航天控制系統(tǒng)研究所[N];中國航天報(bào);2006年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 李超;網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D];華北電力大學(xué);2012年

2 臧佳;基于MPSoC的空間光學(xué)CCD遙感相機(jī)控制系統(tǒng)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2012年

3 汪全全;釷基熔鹽堆棒控棒位系統(tǒng)及功率控制系統(tǒng)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（上海應(yīng)用物理研究所）;2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 黃祥;連續(xù)式果蔬膨化設(shè)備及其控制系統(tǒng)研究[D];陜西科技大學(xué);2015年

2 夏q峰;風(fēng)翼實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的控制系統(tǒng)研究[D];大連海事大學(xué);2015年

3 盛凱;基于ZigBee和GPRS技術(shù)的智能路燈控制系統(tǒng)研究[D];聊城大學(xué);2015年

4 杜比;基于微控制器的智能假手控制系統(tǒng)研究[D];電子科技大學(xué);2014年

5 許樹臣;大規(guī)格棒材鋸切控制系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D];河北科技大學(xué);2015年

6 倪磊;基于模塊化的點(diǎn)焊控制系統(tǒng)研究[D];南昌航空大學(xué);2014年

7 田波;基于智能算法的溫度網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)研究[D];東華大學(xué);2016年

8 李旭義;基于PLC與視頻監(jiān)控的果蔬轉(zhuǎn)運(yùn)小車控制系統(tǒng)研究[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

9 趙國棟;基于CAN總線激光導(dǎo)引AGV車載控制系統(tǒng)研究[D];湖北工業(yè)大學(xué);2016年

10 劉金珊;基于ARM的微型電缸控制系統(tǒng)研究[D];江蘇大學(xué);2016年

，

本文編號(hào)：1979151