本文關(guān)鍵詞：仿生機(jī)器魚的運(yùn)動(dòng)行為分析及路徑規(guī)劃研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：21世紀(jì)是人類開發(fā)利用海洋的新時(shí)代。海洋是一個(gè)巨大的資源寶庫(kù),是最具有開發(fā)潛力的戰(zhàn)略空間。由于水下環(huán)境的未知性,能夠探測(cè)水下環(huán)境并且自主完成作業(yè)任務(wù)的仿生機(jī)器魚受到了國(guó)內(nèi)外科學(xué)家的廣泛重視。仿生機(jī)器魚能很好地代替人類完成生物觀察、軍事偵察、海底地質(zhì)地貌勘測(cè)等危險(xiǎn)工作。然而這些工作的執(zhí)行,離不開機(jī)器魚的路徑規(guī)劃及控制。為此,文中對(duì)機(jī)器魚的路徑規(guī)劃方法進(jìn)行了研究,并設(shè)計(jì)了用于避障研究的仿生機(jī)器魚三維仿真系統(tǒng)。文中結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61165016)和青海大學(xué)高層次人才科研啟動(dòng)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(2012-QGC-10)深入開展了“仿生機(jī)器魚的運(yùn)動(dòng)行為分析及路徑規(guī)劃研究”的論文工作,主要對(duì)以下幾項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行了探索與研究:1、文中以湽科模式魚類為仿生對(duì)象,通過對(duì)湽科模式魚類游動(dòng)機(jī)理的研究,設(shè)計(jì)了四自由度的尾鰭推進(jìn)系統(tǒng),建立了四關(guān)節(jié)尾鰭推進(jìn)模式的數(shù)學(xué)模型,并運(yùn)用MATLAB仿真軟件對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)行為分析。2、針對(duì)仿生機(jī)器魚的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),文章設(shè)計(jì)了用于避障研究的仿生機(jī)器魚三維仿真系統(tǒng)。為了方便用戶控制和觀察機(jī)器魚的避障,建立了窗口框架,并設(shè)計(jì)了操作、顯示、不同角度觀察等功能。3、實(shí)現(xiàn)了地形、機(jī)器魚和障礙物的顯示。文中根據(jù)紅外傳感器探測(cè)障礙物的特性采用虛擬射線方法實(shí)現(xiàn)了虛擬傳感器的模擬。根據(jù)不同的障礙物類型歸納了兩種不同的障礙物探測(cè)方法。4、一定的障礙環(huán)境條件下,機(jī)器魚要能夠安全、無碰撞地到達(dá)指定位置,路徑規(guī)劃是必不可少的。文中詳細(xì)介紹了路徑規(guī)劃算法的實(shí)現(xiàn)過程,并設(shè)計(jì)了一個(gè)復(fù)合模糊控制器來決策機(jī)器魚的運(yùn)動(dòng),其包括兩個(gè)轉(zhuǎn)角模糊控制器和一個(gè)速度模糊控制器。在開發(fā)的三維仿真系統(tǒng)中,對(duì)模糊算法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,仿真結(jié)果表明,該算法能有效地引導(dǎo)機(jī)器魚尋求一條可行路徑從起始點(diǎn)安全地到達(dá)目標(biāo)位置。
【關(guān)鍵詞】：仿生機(jī)器魚 運(yùn)動(dòng)行為分析 三維避障仿真系統(tǒng) 模糊算法 路徑規(guī)劃
【學(xué)位授予單位】：青海大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP242
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外仿生機(jī)器魚的研究與進(jìn)展11-14
• 1.3 國(guó)內(nèi)外仿生機(jī)器魚三維仿真的研究與進(jìn)展14-16
• 1.4 仿生機(jī)器魚路徑規(guī)劃技術(shù)16-17
• 1.4.1 仿生機(jī)器魚路徑規(guī)劃技術(shù)研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4.2 仿生機(jī)器魚路徑規(guī)劃技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)17
• 1.5 本論文研究的主要內(nèi)容17-19
• 第2章 仿湽科機(jī)器魚的運(yùn)動(dòng)行為分析19-28
• 2.1 引言19
• 2.2 魚類的形體結(jié)構(gòu)及推進(jìn)機(jī)理19-23
• 2.2.1 魚類獨(dú)特的形體結(jié)構(gòu)19-21
• 2.2.2 湽科模式推進(jìn)機(jī)理21-22
• 2.2.3 湽科模式魚體波模型的建立22-23
• 2.3 機(jī)器魚的運(yùn)動(dòng)行為分析23-27
• 2.3.1 直線游動(dòng)24
• 2.3.2 轉(zhuǎn)向游動(dòng)24
• 2.3.3 上浮、下潛運(yùn)動(dòng)24-27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 第3章 仿生機(jī)器魚三維仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)28-40
• 3.1 三維系統(tǒng)框架的構(gòu)建28-32
• 3.1.1 用戶界面的構(gòu)建28-29
• 3.1.2 開發(fā)環(huán)境的設(shè)置29-30
• 3.1.3 OpenGL框架的構(gòu)建30-32
• 3.2 三維系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)32-33
• 3.3 三維系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)33-39
• 3.3.1 操作和顯示功能的實(shí)現(xiàn)34-35
• 3.3.2 視圖功能的實(shí)現(xiàn)35-37
• 3.3.3 設(shè)置功能的實(shí)現(xiàn)37-39
• 3.4 本章總結(jié)39-40
• 第4章 系統(tǒng)三維場(chǎng)景及傳感器的模擬40-53
• 4.1 計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)40
• 4.2 OpenGL圖形庫(kù)的主要功能40-41
• 4.3 三維場(chǎng)景的模擬41-45
• 4.3.1 機(jī)器魚的模擬42-43
• 4.3.2 地形的模擬43-45
• 4.4 傳感器的模擬45-47
• 4.4.1 傳感器的配置45-46
• 4.4.2 傳感器特性的模擬46-47
• 4.5 三維場(chǎng)景的顯示47-51
• 4.5.1 系統(tǒng)的坐標(biāo)變換48-49
• 4.5.2 傳感器坐標(biāo)與世界坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換49-50
• 4.5.3 傳感器探測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)與世界坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換50-51
• 4.6 障礙物的探測(cè)51-52
• 4.6.1 球體類障礙物的探測(cè)51-52
• 4.6.2 柱體類障礙物的探測(cè)52
• 4.7 本章小結(jié)52-53
• 第5章 仿生機(jī)器魚的路徑規(guī)劃研究53-65
• 5.1 模糊邏輯理論與模糊控制系統(tǒng)的介紹53-54
• 5.2 復(fù)合模糊控制器的設(shè)計(jì)54-61
• 5.2.1 模糊邏輯算法的實(shí)現(xiàn)54
• 5.2.2 復(fù)合模糊控制器的整體結(jié)構(gòu)54-55
• 5.2.3 復(fù)合模糊控制器的設(shè)計(jì)55-61
• 5.3 仿真結(jié)果61-64
• 5.4 本章小結(jié)64-65
• 第6章 結(jié)論與展望65-66
• 6.1 全文結(jié)論65
• 6.2 未來工作展望65-66
• 參考文獻(xiàn)66-70
• 致謝70-71
• 作者簡(jiǎn)介71

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