仿生机器鱼的运动行为分析及路径规划研究

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1、分类号：TP391.9密级：公开UDC：621编号：2016130802010192013级攻读硕士学位研究生毕业论文仿生机器鱼的运动行为分析及路径规划研究Analysisinmotionbehaviorandresearchonpathplanningofbio-mimeticroboticfish指导教师：薛志斌教授学生姓名：张倩学科专业名称：机械电子工程研究方向：机电控制技术学院(系、部)：机械工程学院论文起止时间：2014.10—2016.4QinghaiUniversityMasterDissertationAnalysisi

2、nmotionbehaviorandresearchonpathplanningofbio-mimeticroboticfishSupervisor:Pro.XueZhibinCandidate:ZhangQianAcademicMajorAppliedfor:MechatronicEngineeringSpecificMajor:MechatronicControlTechnologyCollege(Department):SchoolofMechanicalEngineeringOctober,2014—April,2016摘要21

3、世纪是人类开发利用海洋的新时代。海洋是一个巨大的资源宝库，是最具有开发潜力的战略空间。由于水下环境的未知性，能够探测水下环境并且自主完成作业任务的仿生机器鱼受到了国内外科学家的广泛重视。仿生机器鱼能很好地代替人类完成生物观察、军事侦察、海底地质地貌勘测等危险工作。然而这些工作的执行，离不开机器鱼的路径规划及控制。为此，文中对机器鱼的路径规划方法进行了研究，并设计了用于避障研究的仿生机器鱼三维仿真系统。文中结合国家自然科学基金项目（61165016）和青海大学高层次人才科研启动专项资金项目（2012-QGC-10）深入开展了“仿生机器鱼的

4、运动行为分析及路径规划研究”的论文工作，主要对以下几项内容进行了探索与研究：1、文中以鲹科模式鱼类为仿生对象，通过对鲹科模式鱼类游动机理的研究，设计了四自由度的尾鳍推进系统，建立了四关节尾鳍推进模式的数学模型，并运用MATLAB仿真软件对其进行运动行为分析。2、针对仿生机器鱼的运动特点，文章设计了用于避障研究的仿生机器鱼三维仿真系统。为了方便用户控制和观察机器鱼的避障，建立了窗口框架，并设计了操作、显示、不同角度观察等功能。3、实现了地形、机器鱼和障碍物的显示。文中根据红外传感器探测障碍物的特性采用虚拟射线方法实现了虚拟传感器的模拟。根

5、据不同的障碍物类型归纳了两种不同的障碍物探测方法。4、一定的障碍环境条件下，机器鱼要能够安全、无碰撞地到达指定位置，路径规划是必不可少的。文中详细介绍了路径规划算法的实现过程，并设计了一个复合模糊控制器来决策机器鱼的运动，其包括两个转角模糊控制器和一个速度模糊控制器。在开发的三维仿真系统中，对模糊算法进行了仿真验证，仿真结果表明，该算法能有效地引导机器鱼寻求一条可行路径从起始点安全地到达目标位置。关键词：仿生机器鱼运动行为分析三维避障仿真系统模糊算法路径规划IAbstractInthe21stcentury,theoceanwillbe

6、developedandutilized.Theoceanisavasttreasuretroveofresources,anditisthemostdevelopmentpotentialofthestrategicspace.Duetotheuncertaintyoftheunderwaterenvironment,thebionicrobotfishwhichcandetecttheunderwaterenvironmentandcompletethetaskhasbeenwidelyvaluedbyscientists.Bion

7、icrobotfishcanreplacehumantocompletedangerouswork，suchasBiologicalobservation,militaryreconnaissance,seabedgeologicalsurveyetc.However,thesetasksareinseparablefromtherobotfishplanningandcontrol.Thispaperstudiedthepathplanningmethodofrobotfish,anddesignedthe3Dsimulationsy

8、stemofbionicrobotfish.Inthispaper,combinedwiththeprojectofNationalNaturalScienceFoundationofChina(No.61