基于傳感器的仿生機器魚智能控制研究.pdf

1、在國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃)和國家自然科學基金的支持下，本文開展了基于傳感器的仿生機器魚智能控制及協(xié)調(diào)研究，提出了基于紅外傳感器的自主避障算法、基于實時視覺信息處理的機器魚導航控制算法及多機器魚巡邏控制算法，最后，將控制算法集成到基于仿生機器魚的水下監(jiān)測系統(tǒng)上。 第一，本文介紹了魚類游動的特點和仿生機器魚研究的目的、意義，綜述了國內(nèi)外在魚類推進機理、仿生機器魚研制以及控制方面的研究概況、主要研究內(nèi)容及發(fā)展方向，并對本文

2、的選題背景和主要內(nèi)容進行了介紹。 第二，基于紅外傳感器陣列，本文提出了自主避障仿生機器魚設計方案，介紹了機器魚的設計步驟；對機器魚的五種上浮下潛設計方案進行了比較，采用附加胸鰭方式實現(xiàn)機器魚的上浮下潛控制；基于機器魚的速度控制、方向控制和上浮下潛控制，設計了機器魚的9種基本運動，提出了一種基于規(guī)則推理的智能避障控制方法，并通過避障實驗驗證了控制方法的有效性。 第三，以實時視覺信息處理為基礎，研究了機器魚視覺導航控制問題。

3、以機器魚趨光行為為背景，提出了非結構化環(huán)境下的機器魚視覺導航控制策略和控制算法；以管道探測為應用背景，研究基于顏色路標的導航問題，提出了半結構化環(huán)境下機器魚視覺導航控制算法和基于拓撲的管道地圖構建方法。機器魚趨光實驗和管道探測實驗驗證了控制策略和控制算法的有效性。 第四，結合機器魚巡邏任務，研究了多機器魚的協(xié)調(diào)控制問題，設計了機器魚的基本行為，提出了基于行為的多機器魚系統(tǒng)控制結構；提出了機器魚的巡邏控制算法和多機器魚隊形保持算法

4、；最后實驗與仿真結果表明了算法的有效性。 第五，提出了基于仿生機器魚的水下監(jiān)測系統(tǒng)體系結構，介紹了各部分的功能，提出了MEMS傳感網(wǎng)絡設計及三自由度胸鰭控制方法；定義了機器魚巡邏方式和巡邏軌跡規(guī)劃方法，改進了部分基本運動的實現(xiàn)方式及運動控制方式；基于水下監(jiān)測任務，引入了四種行為，提出了機器魚的兩種控制模式；最后，給出了機器魚自主游動模式下的多傳感器信息融合框架。 最后，對所開展的工作進行了總結，并指出了需要進一步研究的工