基于傳感器的仿生機(jī)器魚智能控制研究.pdf

1、在國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)和國(guó)家自然科學(xué)基金的支持下，本文開展了基于傳感器的仿生機(jī)器魚智能控制及協(xié)調(diào)研究，提出了基于紅外傳感器的自主避障算法、基于實(shí)時(shí)視覺信息處理的機(jī)器魚導(dǎo)航控制算法及多機(jī)器魚巡邏控制算法，最后，將控制算法集成到基于仿生機(jī)器魚的水下監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上。 第一，本文介紹了魚類游動(dòng)的特點(diǎn)和仿生機(jī)器魚研究的目的、意義，綜述了國(guó)內(nèi)外在魚類推進(jìn)機(jī)理、仿生機(jī)器魚研制以及控制方面的研究概況、主要研究?jī)?nèi)容及發(fā)展方向，并對(duì)本文

2、的選題背景和主要內(nèi)容進(jìn)行了介紹。 第二，基于紅外傳感器陣列，本文提出了自主避障仿生機(jī)器魚設(shè)計(jì)方案，介紹了機(jī)器魚的設(shè)計(jì)步驟；對(duì)機(jī)器魚的五種上浮下潛設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了比較，采用附加胸鰭方式實(shí)現(xiàn)機(jī)器魚的上浮下潛控制；基于機(jī)器魚的速度控制、方向控制和上浮下潛控制，設(shè)計(jì)了機(jī)器魚的9種基本運(yùn)動(dòng)，提出了一種基于規(guī)則推理的智能避障控制方法，并通過避障實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了控制方法的有效性。 第三，以實(shí)時(shí)視覺信息處理為基礎(chǔ)，研究了機(jī)器魚視覺導(dǎo)航控制問題。

3、以機(jī)器魚趨光行為為背景，提出了非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下的機(jī)器魚視覺導(dǎo)航控制策略和控制算法；以管道探測(cè)為應(yīng)用背景，研究基于顏色路標(biāo)的導(dǎo)航問題，提出了半結(jié)構(gòu)化環(huán)境下機(jī)器魚視覺導(dǎo)航控制算法和基于拓?fù)涞墓艿赖貓D構(gòu)建方法。機(jī)器魚趨光實(shí)驗(yàn)和管道探測(cè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了控制策略和控制算法的有效性。 第四，結(jié)合機(jī)器魚巡邏任務(wù)，研究了多機(jī)器魚的協(xié)調(diào)控制問題，設(shè)計(jì)了機(jī)器魚的基本行為，提出了基于行為的多機(jī)器魚系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)；提出了機(jī)器魚的巡邏控制算法和多機(jī)器魚隊(duì)形保持算法

4、；最后實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果表明了算法的有效性。 第五，提出了基于仿生機(jī)器魚的水下監(jiān)測(cè)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，介紹了各部分的功能，提出了MEMS傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及三自由度胸鰭控制方法；定義了機(jī)器魚巡邏方式和巡邏軌跡規(guī)劃方法，改進(jìn)了部分基本運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方式及運(yùn)動(dòng)控制方式；基于水下監(jiān)測(cè)任務(wù)，引入了四種行為，提出了機(jī)器魚的兩種控制模式；最后，給出了機(jī)器魚自主游動(dòng)模式下的多傳感器信息融合框架。 最后，對(duì)所開展的工作進(jìn)行了總結(jié)，并指出了需要進(jìn)一步研究的工