基于gim仿生学习的多关节自主避障机器鱼研究

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1、分类号TP391.4密级公开UDC004.93学位论文编号D-10617-308-(2016)-02033重庆邮电大学硕士学位论文中文题目基于GIM仿生学习的多关节自主避障机器鱼研究英文题目StudyfortheMulti-jointRoboticFishwithAutonomousObstacleAvoidanceBasedontheGIMBiomimeticLearning学号S130201035姓名蒋定立学位类别工学硕士学科专业计算机科学与技术指导教师王进教授完成日期2016年4月1日重庆邮电大学硕士学位论文摘要摘要随着人口的快速增长和陆地资源的日益匮乏，人类加大了对海洋资

2、源的开发。仿生机器鱼作为一种结合了鱼类推进模式和机器人技术的新型水下机器人，具有推进效率高、机动性好、隐蔽性强、噪声低等特点，因此，研究新型仿生机器鱼具有重要的经济价值和军事意义。本文围绕仿生机器鱼进行了结构设计、运动模式生成理论、避障算法等一系列研究工作，主要的研究内容和成果如下：1.将3D打印技术应用到机器鱼的设计与制作。仿生机器鱼是一种工作于水下的机器人，必须具有良好的防水性和平衡性，传统的制造工艺由于材料、装配、密封性等方面的问题，导致机器鱼在运动过程中普遍存在不平衡和防水问题。3D打印技术可以打印任意复杂形状的产品。利用3D打印技术打印机器鱼的壳体、连接件和密封件，可以

3、实现部件之间的无缝连接，让机器鱼具有紧凑的结构，更好的防水性能和稳定性能。2.采用了一种基于通用内部模型(GeneralInternalModel，GIM)的仿生学习方法来捕捉和学习鳇科鱼类的运动模式。首先，通过视频采集设备对鲤鱼的运动行为进行记录，并对记录的视频数据作离散化处理后进行分析，提取得到了鲤鱼的3个基本运动模式：“巡游”、“游动转弯”和“C形急转”。然后采用GIM模型对鲤鱼的运动模式进行学习，利用其函数逼近能力和在时间、空间上的可伸缩性，机器鱼可以学习、修正和再现真鱼的运动模式。最后利用3D打印机器鱼进行了实验，实验结果证实了该方法的有效性。3.基于自适应神经模糊控制

4、设计了一种仿生机器鱼自主避障算法，实现了仿生机器鱼在运动过程中的自主避障。机器鱼通过红外传感器获取周围环境信息，包括障碍物的距离和方向等信息，由于需要多个传感器输入，并且传感器采集的信息本身带有误差和不确定性，导致传统避障算法无法应用于仿生机器鱼。模糊控制不需要建立精确地数学模型，具有较强的容错性，可以针对不完备信息进行有效地控制。另外，通过神经网络对样本进行学习，得到模糊系统的隶属函数和推理规则，避免了手动建立规则所带来的冗余和误差。关键词：机器鱼，仿生学习，避障，3D打印I重庆邮电大学硕士学位论文AbstractAbstractHumanhasincreasedtheexpl

5、oitationofmarineresourceswiththerapidgrowthofthepopulationandtheincreasingscarcityoflandresources.Asanew-typeunderwaterrobot,combinedwithfishpropulsionmodelandrobottechnology,biomimeticroboticfishhasadvantagesinhighefficiencyofpropulsion,maneuverability,strongconcealmentandlownoise.So,it’sful

6、lofeconomicvalueandmilitarysignificancetodevelopnew-typebiomimeticroboticfish.Inthispaper,themechanicalstructure,movementpatternsgenerationtheoryandobstacleavoidancealgorithmwereinvestigateddeepgoinglyandsystematically.Themainresearchcontentsarelistedasfollow:1.3Dprintingtechnologywasappliedt

7、othedesignandmanufactureofrobotfish.Biomimeticroboticfishmusthavegoodwaterresistanceandbalanceasakindofrobotthatworksunderwater.Duetotheproblemsofmaterials,assemblage,sealingandotheraspectsinthetraditionalmanufacturingprocess,roboticfishhaspr