咽颌运动模式的仿生胸鳍控制系统设计.pdf

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1、务l訇似咽颌运动模式的仿生胸鳍控制系统设计Designofbionicpectoralflnoflabriformmotor-patterncontroIsystem苏文明，吴健，龚成龙，刘强SUWen．ming。一，WUJian‘’一，GONGCheng—long，LIUQiang(1．中国矿业大学信息与电气工程学院，徐州221116；2．淮海工学院电子工程学院，连云港222005)摘要：为了使胸鳍仿生机构按照咽颌运动模式鱼类胸鳍的运动模型运动，根据仿生胸鳍运动机构采用多电机控制鳍条运动的特点，设计了一种基于CAN总线的分布式实时胸鳍仿生控制系统。该系统可以实时控制各

2、鳍条驱动电机做相应速度的转动实现胸鳍仿生运动机构的各种摆动运动模式，最后分析了两个具有代表性的鳍条驱动电机的控制性能，结果表明该控制系统能够有效控制胸鳍仿生运动机构做相应的摆动运动。’关键词：胸鳍运动；咽颌运动模式；CAN；电机控制中图分类号：TP156文献标识码：A文章编号：1009-0134(2014)04(上)-0025-04Doil10．3969／J．issn．1009-0134．2014．04(I-)．080引言能力和流体特性。本文针对咽颌运动胸鳍仿生运鱼类在水中游动时表现出来的高超的机动能动机构采用多电机控制鳍条运动的特点，设计了力，精准的姿态控制能力，狭窄

3、空间的转向能力一种基于CAN总线的分布式实时胸鳍仿生控制系以及超强的隐避能力u是当前任何传统的水下推统，并给出了主控部分和电机驱动部分的电路设进装置都无法比拟的。为了开发出高效的具有良计以及程序设计流程图。最后，对仿生胸鳍前向好推进性能的水下推进装置，人们把目光投向了游动时控制系统的控制性能进行试验，保证其满以鱼类游动为研究对象的仿生学研究上。咽颌运足控制要求。动模式的鱼类在游动时借助胸鳍的摆动可以实现前1胸鳍仿生运动机构游、转向、悬停、倒退等多种不同的游动姿态】。咽颌运动模式胸鳍具有良好的流体特性及操以鱼类胸鳍推进为灵感，开发研究胸鳍仿生推进纵能力是由于其能够形成多种

4、复杂的操纵运动姿装置旨在提高水下机器人运动的机动性、灵活性态。图1为仿生胸鳍运动机构，具有6根仿生鳍以及准确性。条，所有鳍条都可以做鳍面平面的前后摆动和垂鱼类胸鳍在运动时所产生的复杂运动操纵姿直鳍面平面的侧向摆动。其中，仿生鳍条在做前态使得对胸鳍运动的观察和分析显得较为困难，后摆动时，导边仿生鳍条和后缘边仿生鳍条做主当前关于胸鳍的推进研究更多是建立在对胸鳍的动运动，而中间仿生鳍条在其引导下做被动运运动做了大量的简化的基础上。文献【3，4】将鱼类动。整个运动机构采用八个电机驱动鳍条做摆动胸鳍当作刚性胸鳍对待，他们最终建立了以摇翼运动，1号和8号电机驱动导边鳍条和后缘边鳍条

5、做和拍翼运动为基础的具有二自由度的运动模型，前后摆动，2-?号电机驱动中间鳍条做侧向摆动运并设计对应的实验样机，并测试了摇翼角和拍翼动。通过改变各个电机在仿生胸鳍一个运动周期内角对胸鳍的水动力性能的影响。实际的胸鳍运动不同时刻的转速，可以使得各个鳍条的摆动幅度及操纵姿态是复杂多变的，为了使仿生胸鳍推进装频率发生变化，鳍面形成多种不同的运动控制面，置具有更加良好的推进性能，文献【5】在对咽颌运实现模拟咽颌运动模式鱼类胸鳍的摆动运动。动的鱼类胸鳍的运动观察和分析上，建立柔性胸鳍匀速前游时的运动学模型。2胸鳍仿生控制系统结构基于咽颌运动模式的胸鳍仿生装置在运动时由于控制鳍条摆

6、动运动驱动电机安装空间的可以产生多变的运动操纵姿态，具有良好的推进限制，本文采用Potrescap生产的16G214E型减速直收稿日期：2013-12-30基金项目：国家自然科学基金青年基金资助项目(61105110)；江苏省高校自然科学研究项目(11KJD510001)；江苏高校优势学科建设工程资助项目作者简介：苏文明(1988一)，男，河南三门峡人，硕士研究生，研究方向为仿生胸鳍运动控制。第36卷第4期2014-04(上)【25l、l生勺似信号，经电机驱动电路控制电机转子转动，并最终使其转速达到给定值。鳝面图1胸鳍仿生运动机构流电机对仿生鳍条进行驱动。整体的控制结构

7、如图3电机控制模块结构图2所示，以CAN网络实现测控计算机和鳍条控制模块及各鳍条控制模块之间的通信，前后摆动控3电机控制模块电路制系统控制导边鳍条和后缘边鳍条做前后摆动运电机控制模块是本控制系统的主要硬件电动，侧向摆动控制系统控制所有鳍条做侧向摆动路。其中CAN部分采用Philips公司的SAJl000作运动。测控计算机采用具有USB接口的PC机，计为CAN控制器，其数据传输速率可达1Mbps，有算胸鳍在一个摆动周期内各个鳍条驱动电机在不效满足了测控计算机和各个电机控制模块之间传同时刻的转速值，然后通过USB转CAN桥接器将输数据对实时性