三舵机仿鲹科机器鱼控制系统

在传统的基于51单片机的舵机控制方法中,对舵机占空比控制不精确是致命的问题。针对该问题提出一种多路舵机流程控制算法,实现了对舵机的电平改变时间和占空比时间进行精确控制。描述机器鱼机械开发平台,在此基础上从硬件和软件两方面进行无线控制模块电路和无线通讯口令表的设计,最终完成了三舵机仿鲹科机器鱼的设计。试验结果表明,该系统具有低成本、低功耗、高性能、易实现等优势。     

基于位置反馈的多机器鱼编队控制

为实现多机器鱼的队形控制,在图论队形控制理论的基础上引入一种基于位置反馈的队形控制策略。介绍参考机器鱼的概念,在任一时刻都设定一个保持不动的参考机器鱼,其它机器鱼则根据当前参考机器鱼的位置及机器鱼之间的信息交互来调整其相对位置,使多机器鱼系统在有限时间内实现任意队形的形成。在水下机器人2D仿真平台上进行实验,并给出不同情况的实验结果。仿真结果表明：该方法整体性好,鲁棒性强,抗干扰性强,计算简单,可实现任意队形。     

基于PID 算法的水中机器鱼方向档位控制方法

为了找到机器鱼在游动过程中每一时刻适应当前速度的最佳方向档位,笔者基于PID算法,提出了一种水中机器鱼方向档位的控制方法。分析PID控制原理,将其用于水中机器鱼方向档位的控制,设计出了适合机器鱼顶水球模型的PD算法,并给出了具体的实现方法和调试思路。实验结果表明:该算法有效地弥补了以往参赛者使用的算法中的不足,可以使机器鱼快速稳定地调整方向位姿,在实际应用中表现出了良好的带球游动性能。     

机器鱼游动性能改善方法

为了提高机器鱼的推进速度和推进动力,对机器鱼尾鳍的大小和形状进行改善。通过分析仿生机器鱼的波动方程得到尾鳍面积与推力的关系,从鱼尾形状、鱼尾弧口深度、鱼尾大小、鱼尾软硬度4个方面出发,依次采用solidworks设计了鱼尾形状,根据2种软硬度下不同形状的游动速度,得到最佳形状及软硬度,在此最佳形状的基础上改变弧口深度,并通过实体实验确定了最佳鱼尾大小方案。实验结果表明:机器鱼的游动性能受鱼尾形状、大小、软硬度等多个因素共同影响,使用较软材料的月牙形鱼尾对鱼游行较为有利。     

机器鱼比赛中的协作策略

通过建立反映控制对象定位信息的环境模型,针对多机器鱼协作顶球策略进行研究。提出通过多竞标函数与模糊控制规则进行动态任务分配,实现多机器鱼协调控制的算法。实验结果表明,采用所提控制策略,机器鱼能快速地完成协作顶球任务。     

基于遗传算法的机器鱼路径规划

针对在线跟踪机器鱼运动等难题,提出基于对基于遗传算法的机器鱼路径规划方法。采用栅格法对机器鱼工作空间进行划分,然后通过复制、交叉、变异等遗传操作得到机器鱼在由栅格表示环境下的最短无碰路径。根据分段控制和模糊控制的思想分别设计出机器鱼前进的速度控制算法和方向控制算法,使机器鱼的实际推进路线尽量与通过遗传算法得到的理想最优路径一致。再通过计算机向机器鱼发出相应的控制指令。实验结果表明,该方法的是有效的。     

基于GRNN 的机器鱼直游稳态速度建模

为解决机器鱼动力学建模中瞬变的强非线性流动控制等难点问题,建立基于广义回归神经网络（General Regression Neural Network,GRNN）的机器鱼直游稳态速度模型。以三关节仿生机器鱼为研究对象,利用神经网络的非线性逼近能力,使用GRNN辨识机器鱼游速与其运动参数之间的强非线性关系,建立了电机控制参数与仿生机器鱼直游稳态速度之间关系的模型,并通过实验进行了预测值与实际值之间的误差分析。实验结果证明,采用GRNN神经网络辨识技术建立仿科机器鱼直游速度模型是完全可行的。     

基于一致性理论的多机器鱼编队控制

针对多机器鱼系统的一致性问题,设计一种基于一致性理论的多机器鱼编队控制模型。采用一个基于拓扑结构的多机器鱼编队控制模型描述机器鱼之间的信息交换方式,分析该模型下的有向网络取得渐近一致性的条件,并应用到领航者一跟随者模式下的编队控制中,将任意的队形转化为“一跟一”的局部“领导-跟随”关系并奔向目标区域,并在水中机器鱼2D仿真平台上进行仿真分析。仿真结果表明：该编队理论在多机器鱼控制系统中是有效的。     

基于坐标变换的机器鱼顶球算法

为了使机器鱼的顶球兼备速度性和连贯性并提高带球进攻效率,提出一种基于坐标变换的顶球算法。在分析典型的顶球算法的基础上,设计了机器鱼的几种简单动作,依据机器鱼、球和对方球门的坐标几何位置关系的设计决策机制来选择机器鱼下一步动作,并在多水中机器人协作控制平台上进行了单鱼顶球实验。实验结果表明,该算法是有效的,能大大提高机器鱼顶球效率和缩短一次进球所需要的时间。     

一种机器鱼仿真平台场地与动态实体的实时绘制方法

为了解决水中机器人竞赛URWPGSim2D仿真平台1．0版本中无法进行比赛场地的自适应缩放,以及不便于实时提供碰撞检测所需的实体坐标信息等问题,提出一种机器鱼仿真平台场地与动态实体的实时绘制方法。设计比赛场地与动态实体绘制的实现思路,并根据实体机器鱼的游动模型设计仿真机器鱼的外观及运动形态,使仿真平台中的场地以及所有的动态实体的大小都可根据实体机器鱼比赛场地的尺寸进行等比例缩放及显示。同时,新平台中还提供了动态实体、静态实体的实时位置信息,以便平台中其他模块的调用,并且针对碰撞检测的需要提供了各个实体边缘位置的坐标数据。实践结果证明：该方法能将实体机器鱼的比赛场景实时、逼真地表现在URWPGSim2D仿真平台2．0中。     

挖掘机器人电液比例位置自调整模糊PID 控制技术研究

针对挖掘机器人工作装置液压系统存在滞后、不确定性和非线性,不能实现有效精确控制的问题,设计一种基于模糊PID的电液比例位置自调整控制策略。介绍了电液比例位置控制系统组成和自调整模糊PID控制器原理,建立了控制规则表,采用中点向下融合法进行模糊推理和去模糊化处理。仿真与实验验证结果表明:该控制方法具有很好的鲁棒性,控制效果满足技术要求。     

基于人工侧线系统的机器鱼游动模态感知研究

针对水下机器人面临着感知周围水环境信息的困难的问题,在自主式机器鱼上设计一种人工侧线系统.首先介绍了自主式机器鱼及其人工侧线系统,其次通过改变中枢模式发生器(central pattern generator,CPG)的运动控制参数决定机器鱼的游动模态,最后通过人工侧线系统得到机器鱼在向前、左转右转和上升下潜时的压强变化.分析结果表明:该套人工侧线系统设计能有效的感知水流信息,为水下机器人提供了一种感知游动模态的新办法.     

一种改进的仿真机器鱼花样游泳策略

针对国际水中机器人大赛2D仿真项目花样游泳中仿真机器鱼的游动优化问题,从整体思路、程序编写、仿真机器鱼游动3方面提出新策略.整体思路上采用渐变图案和动态画面展示完整的故事和主题;程序编写上利用标志和位姿采集使其模块化,以便于插入新动作程序;仿真机器鱼游动上采用特定的游动角度和游动时间优化直线游动,提升游动路线的直线度,并通过实验和比赛进行验证.验证结果表明:该策略有效地提高了花样游泳编队观赏性、整体协作性和技术难度等级,可为相关研究提供参考.     

机器鱼2D 仿真抢球博弈策略

针对机器鱼2D仿真平台更新,抢球博弈场地的变更和规则的改变问题,对抢球博弈策略进行新的规划。介绍抢球博弈项目的比赛场地和比赛规则,利用仿真机器鱼鱼体的多个部位和仿真场地的特殊性运输目标物体,并进行多次实验验证。实验结果表明：新策略能充分考虑比赛场地的地形、机器鱼以及得分情况等实时信息,在不同的区域、不同的得分的情况下执行不同的策略,加强机器鱼的运输和绕障能力,在快速得分的同时又能灵活应变。     

2D 仿真机器鱼协作过孔策略

在机器鱼2D仿真协作过孔比赛项目中,针对无球游动过程中固定路线的行进方法所存在的问题,提出一种优化策略。根据比赛规则,将比赛分为无球游动和带球运输2部分。在无球游动过程中,使用一种根据当前所处位置动态选择最优路线的路径优化思路。在带球运输部分,利用场地的特殊性使用机器鱼身体的所有部位运输。结果表明:优化后的策略能充分考虑该项目的得分要求和场地特点,在速度和稳定性上都有很大程度的提高。     

基于模糊逻辑和几何学的机器鱼顶球路径规划

针对人工势场法及流场法的缺点,将模糊逻辑与几何学路径规划方法相结合,提出一种新的机器鱼顶球路径规划方法。利用几何方法规划机器鱼的运动轨迹,采用模糊规则产生机器鱼的方向控制指令,使得机器鱼能够沿期望轨迹运动,并在机器鱼平台上进行了验证。结果表明,该方法是有效的,能使机器鱼的位姿始终处于最佳的顶球状态。     

机器鱼2D 仿真抢球大作战策略的优化

针对机器鱼2D仿真抢球大作战场地变更,提出一种基于单体运输法的机器鱼比赛优化策略。利用仿真机器鱼的全部部位和仿真场地的特殊性运输目标物体,避开了场地缺陷造成的运输过程中出现的异常情况。结果表明:优化后的抢球大作战策略能充分考虑比赛场地的地形及机器鱼和水球的实时信息,在不同的区域执行不同的策略,可加强机器鱼的运输和绕障能力。     

基于胸鳍辅助推进的仿生机器鱼

为提高仿生机器鱼游动的机动性能并完善传统尾鳍推进模式,设计一种基于胸鳍辅助推进的仿生机器鱼。将胸鳍与尾鳍推进模式相结合,采用正弦信号对仿生机器鱼的尾鳍进行控制,通过胸鳍来调整鱼体方向,从而实现上升及下降的动力提供。对机器鱼整体、主控系统、执行模块和通信模块进行设计,并通过实验验证。实验结果表明：该仿生机器鱼能够更灵活、更精确地实现浅水中前进、上升下潜以及盘旋、回转和制动,并通过人机交互对仿生鱼进行控制,结合其自主避障、图像传输等辅助功能,实现对海洋环境的实时监测。