[发明专利]具有嵌入式视觉的多控制面机器鱼

权利要求书

1.一种具有嵌入式视觉的多控制面仿生机器鱼，它包括鱼头、具有多个关节的柔性身体、新月形尾鳍、配重铜块、充气孔、发射接收天线、开关，其特征在于，还包括控制板、摄像头模块、左胸鳍片、右胸鳍片、电源模块、红外传感器、深度传感器、无线通信模块、腹鳍片、背鳍片和运动控制模块；所述运动控制模块包括；左胸鳍舵机、右胸鳍舵机、四个尾部舵机、腹鳍舵机和背鳍舵机；其中鱼头分为上下两半腭，内部为中空结构，鱼头内设置有左胸鳍舵机、右胸鳍舵机、腹鳍舵机和背鳍舵机；在鱼头内部的前端设置有摄像头模块、控制板以及电源模块；左胸鳍片、右胸鳍片安装在鱼头外部的两侧，实现仿生机器鱼的上浮下潜，腹鳍片安装在鱼头外部的下方，背鳍片安装在鱼头外部的上方，实现仿生机器鱼的侧向平游和平衡控制；左胸鳍片、右胸鳍片、背鳍片和腹鳍片通过连接它们的左胸鳍舵机、右胸鳍舵机、背鳍舵机及腹鳍舵机产生驱动力进行摆动或者转向；红外传感器安装在鱼头的外侧面，用于检测周边障碍物；深度传感器安装在鱼头内的底部，用于探测仿生机器鱼所在水层面的深度；红外传感器、深度传感器、摄像头模块和无线通信模块将各自的TTL电平信号、模拟信号、图像及控制信号和串口通信信号通过控制板进行处理，产生监控信号并通过无线通信模块由串口通信的方式发送到上位机监控平台上，同时控制板产生脉冲宽度调制波控制信号，发送到运动控制模块中，驱动仿生机器鱼；在仿生机器鱼游动的过程中，左胸鳍片、右胸鳍片、背鳍片和腹鳍片通过联动保持鱼头部的平衡和稳定，保证摄像头模块采集的图像的质量；仿生机器鱼通过摄像头模块采集的图像信息经控制板处理后，产生控制信号，通过左胸鳍舵机、右胸鳍舵机、尾鳍舵机、腹鳍舵机、背鳍舵机的多控制面协调运动产生侧游、微调、倒游、上浮下潜的游动方式，实现色标块追踪定位和避障。

2.如权利要求1所述的具有嵌入式视觉的多控制面仿生机器鱼，其特征在于，柔性身体包括多个尾部舵机、金属骨架和鱼皮，多个尾部舵机和金属骨架设于防水鱼皮内，多个尾部舵机固接于金属骨架上。

3.如权利要求1所述的具有嵌入式视觉的多控制面仿生机器鱼，其特征在于，控制板包括采用基于高级精简指令微处理器内核的高级精简指令微处理器核心板和外围接口模块，所述外围接口模块包括无线接口模块、输入输出模块、JTAG程序烧写模块。

4.如权利要求1所述的具有嵌入式视觉的多控制面仿生机器鱼，其特征在于，所述高级精简指令微处理器核心板包括：控制策略模块、运动模板匹配与特征调整模块、CPG模块和视觉模块，其中：

仿生机器鱼的输出端发送探测到的外界的水域环境的视觉信息、红外传感状态反馈信息和深度传感状态反馈信息；

控制策略模块的输入输出端和视觉模块的输入输出端连接仿生机器鱼的输出端；控制策略模块发送设置视觉模块的功能的参数，视觉模块的输入输出端接收探测到的外界的水域环境的视觉信息，并利用视觉算法对视觉信息进行处理，生成并输出目标色块的位置参数；控制策略模块接收并对目标色块的位置参数、红外传感状态反馈信息和深度传感状态反馈信息进行处理、决策，生成并输出控制命令；

运动模板匹配与特征调整模块的输入端连接控制策略模块的输出端、CPG模块的输入端和仿生机器鱼的输出端，运动模板匹配与特征调整模块接收控制策略模块的控制命令，再综合仿生机器鱼的红外传感信息和深度传感信息，发送控制指令；

CPG模块的输入端与运动模板匹配与特征调整模块输出端连接，CPG模块接收运动模板匹配与特征调整模块的控制指令后，调整CPG模块的构型和胸鳍舵机、腹鳍舵机、背鳍舵机和尾鳍舵机神经元的特征参数，生成并发送胸鳍片、腹鳍片、背鳍片和尾鳍所组成的多控制面结构的协调配合运动控制信号；

仿生机器鱼的胸鳍舵机、腹鳍舵机、背鳍舵机和尾部舵机的驱动控制器的输入端与CPG模块输出端连接，仿生机器鱼胸鳍舵机、腹鳍舵机、背鳍舵机和尾部舵机的驱动控制器接收CPG模块发送的协调配合运动控制信号，驱动仿生机器鱼胸鳍舵机、腹鳍舵机、背鳍舵机和尾部舵机的驱动控制器产生运动；实现该仿生机器鱼的视觉模块与多控制面结构的关联控制。

5.如权利要求1所述的具有嵌入式视觉的多控制面仿生机器鱼，其特征在于，CPG模块采用能产生稳定极限环的简单非线性微分方程组来表示其振荡神经元，且以单个振荡神经元构成CPG模块，CPG模块的输出分别由单参数来改变其输出波形的振幅和频率。