多仿生机器鱼协作控制研究及单体控制策略实现

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1、多仿生机器鱼协作控制研究及单体控制策略实现张卫卫2012年6月中图分类号：UDC分类号：多仿生机器鱼协作控制研究及单体控制策略实现作者姓名张卫卫学院名称自动化学院指导教师郭树理副教授答辩委员会主席张百海教授申请学位工程硕士学科专业控制工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2012年6月CoordinatedControlofMultipleBio-mimeticRoboticFishandControlStrategyDesignofSignalRoboticFishCandidateName：WeiweiZhangSchoolorDepartment：SchoolofAutomat

2、ionFacultyMentor：AssociateProf.ShuliGuoChair,ThesisCommittee:Prof.BaihaiZhangDegreeApplied：MasterofEngineeringMajor：ControlEngineeringDegreeby：BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：June，2012多仿生机器鱼协作控制研究及单体控制策略实现北京理工大学研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论

3、文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：关于学位论文使用权的说明本人完全了解北京理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的,复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容(保密学位论文在解密后遵守此规定)。签名：日

4、期：导师签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要多仿生机器鱼协作控制研究及单体控制策略实现，是针对水下环境中的仿生机器人系统作业，而开展的相关理论及关键技术的研究，在海洋探测、军事应用等重要领域具有实际应用价值。本文从机器鱼的运动学模型入手，解决运动控制问题；对机器鱼的运动性能进行测试，为机器鱼上层软件设计提供技术支持；研究机器鱼顶球运动，为多机器鱼协作控制打下基础；对多机器鱼协作控制进行研究，为水下机器人面向真实环境的协作提供理论和技术支持。首先，介绍了仿生机器鱼的特点，综述了国内外仿生机器鱼的研究概况和主要研究内容，并对本文的主要工作和内容进行了介绍。第二，基于Lighthill提

5、出的鱼体波方程，对仿鲹科鱼类的运动学模型进行了分析，采用了基于端点定位法的离散化方法，实现了运动学方程离散化，为仿生机器鱼的执行机构摆动方式提供了理论依据。第三，研究了仿生机器鱼的硬件结构，对其运动性能进行了实验测试，得出游动速度与摆动频率的关系、在固定速度下转弯档位对应的转弯半径等，这些数据为机器鱼上层软件设计提供技术支持。第四，研究了机器鱼顶球运动，提出了面向不同区域顶球点的划分、改进的PTP算法，设计了不同区域对应的行为策略，给出了机器鱼顶球过程中的基本行为序列。最后，实验结果表明了算法的有效性。第五，对多仿生机器鱼协作控制进行了研究，提出了基于行为的多机器鱼协作控制体系结构，在

6、此基础上，设计了四种基本行为。并通过四个实验验证了算法的有效性。最后，对本论文所开展的工作进行了总结，并指出进一步需要研究的工作。关键词：仿生机器鱼；运动学模型；区域；协作；控制IV北京理工大学硕士学位论文AbstractCoordinatedcontrolofmultiplebio-mimeticroboticfish,andcontrolstrategydesignofsignalroboticfish,isstudiedforrelevanttheoriesandkeytechnologiesfortaskofrobotsundertheunderwaterenvironment

7、,whichwillprovidevaluableapplicationsinoceansamplingnetwork,militarymissionsandsoon.Inthispaper,startedwiththekinematicmodel,theroboticfish’smotioncontrolproblemissolved.Proceededwithexperimentalresearchesonmotionperformance