【摘要】：仿生機(jī)器魚的研究是當(dāng)前的熱點(diǎn)之一,采用仿魚推進(jìn)也是未來水下機(jī)器人推進(jìn)方式的發(fā)展方向。本論文對魚類推進(jìn)原理進(jìn)行了研究,設(shè)計(jì)和研制了低成本而高性價(jià)比的多關(guān)節(jié)機(jī)器魚平臺,對機(jī)器魚的自主游動(dòng)和智能控制方面進(jìn)行了探索。通過對魚類游動(dòng)機(jī)理的仿生學(xué)研究,采用數(shù)學(xué)建模方法,基于Lighthill方程建立了機(jī)器魚巡航游動(dòng)模型以及C型快速轉(zhuǎn)彎模型;利用Solid Works建立了四關(guān)節(jié)湽科式加月牙尾型機(jī)器魚的三維模型并分析了其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度;在分析了設(shè)計(jì)機(jī)器魚的關(guān)鍵問題(如配重、密封、尾部模擬方案、魚鰭形狀及參數(shù))的基礎(chǔ)上,提出了一套由部分規(guī)劃到整體協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)機(jī)器魚的方法和步驟;搭建了由三大模塊協(xié)同構(gòu)成的尾部推進(jìn)式機(jī)器魚實(shí)驗(yàn)平臺,包括基于各類傳感器的感知模塊、基于ARM處理器和Linux系統(tǒng)的決策模塊和基于舵機(jī)及其控制器的執(zhí)行模塊;首次提出了機(jī)器魚的“三級控制策略”,由低到高分別為游動(dòng)方式層、游動(dòng)行為層和智能學(xué)習(xí)層;提出了機(jī)器魚避障策略——“安全區(qū)域法”,并基于兩策略開發(fā)了機(jī)器魚的自主游動(dòng)算法。進(jìn)行了機(jī)器魚的水下游動(dòng)實(shí)驗(yàn),測量了游動(dòng)速度、加速度、轉(zhuǎn)彎時(shí)間和半徑等參數(shù)以評估機(jī)器魚性能,著重分析了機(jī)器魚尾部做周期運(yùn)動(dòng)時(shí),其擺動(dòng)幅度大小及頻率高低對游動(dòng)速度的影響。實(shí)驗(yàn)表明機(jī)器魚可以成功的在水下自主游動(dòng),證明了本平臺設(shè)計(jì)方法的正確性以及“三級控制策略”和“安全區(qū)域法”的有效性。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP242;TB17

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本文編號：2792337