仿生機(jī)器魚設(shè)計(jì)概要

1、仿生機(jī)器魚第八組：生技132沈彤彤課題背景仿生學(xué)基礎(chǔ)理論構(gòu)架實(shí)際成果未來藍(lán)圖仿生機(jī)器魚的研究意義仿生機(jī)器魚的分類仿生機(jī)器魚的發(fā)展趨勢(shì)與展望（1）驅(qū)動(dòng)裝置的優(yōu)化（2）運(yùn)動(dòng)機(jī)理的優(yōu)化（3）個(gè)體智能化發(fā)展（4）群體仿生機(jī)器魚的發(fā)展魚類游動(dòng)的物理原理魚類游動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型隨著人類的發(fā)展，對(duì)資源的需求不斷增加，陸地上的資源日益緊缺，于是人類把目光投向海洋。20世紀(jì)中期以來，隨著科技的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)得以發(fā)展并飛速進(jìn)步。世界上許多國(guó)家都非常重視機(jī)器人技術(shù)的研究，講機(jī)器人作為一個(gè)重點(diǎn)研究項(xiàng)目并大力發(fā)展。但當(dāng)前水下機(jī)器人多采用傳統(tǒng)的螺旋槳作為推進(jìn)器，其體積大、質(zhì)量重、能耗高、綜合效率低、可靠性差、瞬間響應(yīng)有滯后

2、的現(xiàn)象、運(yùn)動(dòng)靈活性能差，并且伴有較大的噪聲和尾渦。螺旋槳效率低也是水下機(jī)器人能源瓶頸的主要原因之一。螺旋槳推進(jìn)器的這些缺點(diǎn)不利于具有大范圍轉(zhuǎn)與能力和高機(jī)動(dòng)性的水下機(jī)器人。為了克服螺旋槳推進(jìn)器的這些缺陷，適應(yīng)未來水下機(jī)器人技術(shù)發(fā)揮在那的要求，人們?cè)陂_發(fā)新能源的同時(shí)，也在積極尋找性能更加優(yōu)良的新型推進(jìn)方式。魚類屬于脊椎動(dòng)物種群，其身體有很多跟脊椎骨相互連接而成，采用尾鰭推進(jìn)的魚類在游動(dòng)時(shí)主要通過脊椎曲線的波動(dòng)來產(chǎn)生推進(jìn)力。因此，大多數(shù)魚類特別是鯵科魚類的推動(dòng)機(jī)構(gòu)可分為兩部分：柔韌性和擺動(dòng)的尾鰭。其中柔性身體可看作是由一系列的鉸鏈連接而成的擺動(dòng)連尾鰭可視為擺動(dòng)的水翼。擺動(dòng)部分長(zhǎng)度占身體總長(zhǎng)的比例（R

3、1）擺動(dòng)部位的簡(jiǎn)化關(guān)節(jié)數(shù)N擺動(dòng)部分各個(gè)關(guān)節(jié)之間的長(zhǎng)度比l1:l2:l3：lN尾鰭形狀決定魚體波的特征參數(shù)：（1）魚體波曲線方程ybody(x,t)=f(x,t)（2）身體各個(gè)部分的關(guān)節(jié)擺動(dòng)幅度ybody你（3）尾鰭的最大擊水角魚類運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的簡(jiǎn)化魚體波曲線的方程的改進(jìn)機(jī)器魚的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化曲線方程：ybody(x,t)=(c1x+c2x2)sin(kx+wt)ybody：魚體的橫向位移（背腹軸）；x:魚體的軸向位移（頭尾軸）；k:波長(zhǎng)倍數(shù)（k=2/ , 是魚體波的波長(zhǎng)）；c1：魚體波波幅包絡(luò)線的一次項(xiàng)系數(shù)；c2：魚體波波幅包絡(luò)線的二次項(xiàng)系數(shù)；w:魚體書波頻率頻率（w+2f=2/T)迭代逼近桿長(zhǎng)系

4、數(shù) m計(jì)算關(guān)節(jié)坐標(biāo)對(duì)（xi,j,yi,j）計(jì)算桿（lj）與魚體主軸（x軸）的夾角i，j計(jì)算二維關(guān)節(jié)扭擺系數(shù)組OscdataMNybody(x,t)=(c1x+c2x2)sin(kx+2i/M)ybody(x,t)=(c1x+c2x2)sin(k1+k2x)x+wtminf(X)=Si機(jī)器魚總體結(jié)構(gòu)主要分為魚頭、魚身、魚尾三個(gè)部分。魚頭部分由控制電路板、電池、通訊模塊、電源開關(guān)和胸鰭構(gòu)成，魚頭上預(yù)留了吹氣孔、充電頭和天線魚身部分由三個(gè)擺動(dòng)關(guān)節(jié)串聯(lián)構(gòu)成，每個(gè)關(guān)節(jié)均由一個(gè)直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，模擬魚體波曲線的運(yùn)動(dòng)魚尾為新月型尾鰭控制系統(tǒng)：控制芯片采用貼片封裝的8位AVR單片機(jī)ATmege128，其內(nèi)含128KB Flash、4KB EEPROM，產(chǎn)生6路PWM信號(hào)。動(dòng)力系統(tǒng)：采用Futaba S3003 舵機(jī)，扭矩達(dá)4.1Kg/cm，提供可靠的動(dòng)力支持。通訊系統(tǒng)：通訊模塊采用雙工無線通訊模塊, 可以通