自主游动仿生机器鱼的设计与控制

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1、上海交通大学硕士学位论文自主游动仿生机器鱼的设计与控制硕士研究生：徐加行学号：1120209065导师：言勇华副教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：机械与动力工程学院答辩日期：2015年2月授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterDESIGNANDCONTROLOFAUTONOMOUSBIOMIMETICROBOTICFISHCandidate：XuJiahangStudentID:1120209065Supervisor：Prof.YanYonghu

2、aAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringMajor：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofMechanicalEngineeringDateofDefense：Feb.2015Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversityｈ巧交通人学硕十学位论文上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文《自主游动仿生机器鱼的设计与控制》，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明

3、引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研巧做出重要贡献的个人和集体，均己在文中Ｗ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。＇学位论文作者签名；＾？＾絲巧■日期；义口分年么月上巧交通火学硕七学位论丈上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被査阅和借阅。本人授权上海交通大学可Ｗ将本学位论文的、全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印缩印或扫描等复制

4、手段保存和汇编本学位论文。□。保密，在＿年解密后适用本授权书本学位论文属于不保密‘‘（请在＾＊上方框内打小）（＾学位论文作者签名：ｉｂ指导教师签名禱巧■＂曰期：方？／辟之月ｆ曰曰期作年之月５曰上海交通大学硕士学位论文自主游动仿生机器鱼的设计与控制摘要仿生机器鱼的研究是当前的热点之一，采用仿鱼推进也是未来水下机器人推进方式的发展方向。本论文对鱼类推进原理进行了研究，设计和研制了低成本而高性价比的多关节机器鱼平台，对机器鱼的自主游动和智能控制方面进行了探索。通过对鱼类游动机理的仿生学研究，采用数学建模方法，基于Lighthill方程建立了机器鱼巡航游动模

5、型以及C型快速转弯模型；利用SolidWorks建立了四关节鲹科式加月牙尾型机器鱼的三维模型并分析了其结构强度；在分析了设计机器鱼的关键问题（如配重、密封、尾部模拟方案、鱼鳍形状及参数）的基础上，提出了一套由部分规划到整体协调设计机器鱼的方法和步骤；搭建了由三大模块协同构成的尾部推进式机器鱼实验平台，包括基于各类传感器的感知模块、基于ARM处理器和Linux系统的决策模块和基于舵机及其控制器的执行模块；首次提出了机器鱼的“三级控制策略”，由低到高分别为游动方式层、游动行为层和智能学习层；提出了机器鱼避障策略——“安全区域法”，并基于两策略开发了机器鱼的自主游动算法。I上海交通大学硕士

6、学位论文进行了机器鱼的水下游动实验，测量了游动速度、加速度、转弯时间和半径等参数以评估机器鱼性能，着重分析了机器鱼尾部做周期运动时，其摆动幅度大小及频率高低对游动速度的影响。实验表明机器鱼可以成功的在水下自主游动，证明了本平台设计方法的正确性以及“三级控制策略”和“安全区域法”的有效性。关键词:仿生机器鱼、自主游动、尾部推进、机器鱼行为、三级控制策略、安全区域法II上海交通大学硕士学位论文DESIGNANDCONTROLOFAUTONOMOUSBIOMIMETICROBOTICFISHABSTRACTNowdays,researchofbiomimeticroboticfishiso

7、neofthehotspots,andtheimitationoffishpropulsionisthefuturedevelopmentdirectionofunderwaterrobotpropulsionmode.Westudiedthefishpropulsionprinciples,designedandestablishedthemulti-jointroboticfishplatformthatcostedlessbutpossessedmo