[发明专利]一种仿生机器鱼及其控制参数优化方法

权利要求书

1.一种仿生机器鱼，其特征在于，仿生机器鱼放置于水池内；该仿生机器鱼包括：

微处理器，所述微处理器与驱动模块相连，用来控制仿生机器鱼的运动；所述微处理器还与充电电池相连，所述充电电池还与无线充电模块相连；所述无线充电模块包括设置于仿生机器鱼上的无线充电接收端机构和固定在水池中的无线充电发射端机构；

所述微处理器还与Zigbee模块相连，所述Zigbee模块用于实现仿生机器鱼的定位以及多条仿生机器鱼之间的相互通信；

所述微处理器被配置为：

根据极限环CPG网络控制模型来构建仿生机器鱼的数学模型；该极限环CPG网络控制模型的数学表达式如下：

其中x_i和y_i表示非线性振荡器的两个状态变量，ω_i表示第i个振荡器的固有振荡 频率，A_i表示第i个振荡器的固有振幅；i表示在这个系统所运用到CPG的个数，i的值取1，…，n；a_ij和b_ik表示的是链式弱耦合间的耦合系数，它们表示了神经振荡元之间的激励和抑制作用；

采用PSO算法对仿生机器鱼的数学模型中的参数进行优化，其优化过程为：

设定算法参数，所述算法参数包括学习因子、最大迭代次数和粒子的维数；

初始化种群，其中初始种群是由随机产生的若干个粒子组成的；

计算粒子的适应度值；

找出个体极值和群体极值，再进一步的进行更新迭代直到输出最优解。

2.如权利要求1所述的一种仿生机器鱼，其特征在于，所述微处理器还与语音控制模块相连。

3.如权利要求1所述的一种仿生机器鱼，其特征在于，所述微处理器还与移动终端相互通信。

4.如权利要求1所述的一种仿生机器鱼，其特征在于，所述仿生机器鱼内还嵌入有LED灯，所述LED灯与微处理器相连。

5.如权利要求1所述的一种仿生机器鱼，其特征在于，所述驱动模块为压电陶瓷驱动模块。

6.如权利要求1所述的一种仿生机器鱼，其特征在于，所述无线充电接收端机构包括：电量检测模块、接收线圈、无线充电接收模块和接收端防水外壳，所述接收端防水外壳固定在仿生机器鱼的下部，接收线圈密封固定于接收端防水外壳端部，所述电量检测模块和无线充电接收模块密封设置于接收端防水外壳中，所述电量检测模块、接收线圈分别与充电电池之间电连接。

7.如权利要求1所述的一种仿生机器鱼，其特征在于，所述无线充电发射端机构包括：充电线圈、防水充电底座、定位模块和无线充电发射模块，防水充电底座固定设置在水池的底部，充电线圈密封固定在防水充电底座的上端，定位模块与无线充电发射模块之间电连接，无线充电发射模块通过导线与外部电源连接。

8.一种如权利要求1-7中任一所述的仿生机器鱼的控制参数优化方法，其特征在于，包括：

步骤1：根据极限环CPG网络控制模型来构建仿生机器鱼的数学模型；

该极限环CPG网络控制模型的数学表达式如下：

其中x_i和y_i表示非线性振荡器的两个状态变量，ω_i表示第i个振荡器的固有振荡 频率，A_i表示第i个振荡器的固有振幅；i表示在这个系统所运用到CPG的个数，i的值取1，…，n；a_ij和b_ik表示的是链式弱耦合间的耦合系数，它们表示了神经振荡元之间的激励和抑制作用；

步骤2：采用PSO算法对仿生机器鱼的数学模型中的参数进行优化。

9.如权利要求8所述的仿生机器鱼的控制参数优化方法，其特征在于，在所述步骤1中，将仿生机器鱼划分成四个关节，极限环CPG网络控制模型含有四个CPG单元，输出信号对应仿生机器鱼的四个关节。

10.如权利要求8所述的仿生机器鱼的控制参数优化方法，其特征在于，在所述步骤2中，优化过程为：

步骤2.1：设定算法参数，所述算法参数包括学习因子、最大迭代次数和粒子的维数；

步骤2.2：初始化种群，其中初始种群是由随机产生的若干个粒子组成的；

步骤2.3：计算粒子的适应度值；

步骤2.4：找出个体极值和群体极值，再进一步的进行更新迭代直到输出最优解。