[发明专利]一种用于双关节机器鱼的复合避障方法和装置

权利要求书

1.一种用于双关节机器鱼的复合避障方法，其特征在于：包括以下步骤：

S0：搭建用于双关节机器鱼的复合避障装置，包括摆动单元、浮潜单元、控制单元、传感器网络；控制单元的信号接收端连接传感器网络的信号发送端，控制单元的信号发送端分别连接摆动单元和浮潜单元的信号接收端；

摆动单元包括连接杆、第一关节舵机、第二关节舵机和鱼尾，第一关节舵机、第二关节舵机和鱼尾通过连接杆依次连接；

浮潜单元包括依次连接的抽水水泵、水箱和排水水泵；抽水水泵通过抽水水泵进水口连接水源，抽水水泵通过抽水水泵出水口连接水箱的水箱进水口；水箱通过排气口放气调节水箱内外气压平衡；排水水泵通过排水水泵进水口连接水箱的水箱排水口，排水水泵通过排水水泵出水口排水；

控制单元包括MCU、PWM调节模块、速度系数模糊控制器、转向角度模糊控制器和上浮下潜控制器；

传感器网络包括正前方测距传感器F_IRS、左侧测距传感器L_IRS、右侧测距传感器R_IRS、上侧测距传感器T_IRS和下侧测距传感器B_IRS，分别位于双关节机器鱼鱼头位置的正前方、左侧、右侧、上侧和下侧，且上侧测距传感器T_IRS和下侧测距传感器B_IRS向前倾斜一定的角度，左侧测距传感器L_IRS和右侧测距传感器R_IRS向内倾斜一定的角度；

S1：传感器网络采集双关节机器鱼与环境障碍物的距离信息并分别发送给速度系数模糊控制器、转向角度模糊控制器和上浮下潜控制器；

S2：根据双关节机器鱼的关节摆动角度模型在速度系数模糊控制器和转向角度模糊控制器中建立模糊规则库，并根据模糊规则库分别输出速度系数V和转向角度α；

S3：在上浮下潜控制器中建立上浮下潜规则库，并根据上浮下潜规则库输出上浮距离或下潜距离；

S4：MCU接收步骤S2得到的速度系数V和转向角度α、步骤S3得到的上浮距离或下潜距离，并通过PWM调节模块将控制信号分别发送给摆动单元和浮潜单元执行避障动作。

2.根据权利要求1所述的一种用于双关节机器鱼的复合避障方法，其特征在于：所述的步骤S2中，建立关节摆动角度模型的具体步骤为：

在双关节机器鱼的游动过程中，第二关节舵机摆动角度的幅值的正弦函数相位滞后于第一关节舵机摆动角度的幅值的正弦函数的相位180°；设第一关节舵机摆动角度为第一关节舵机与轴线的夹角α，第二关节舵机摆动角度为第二关节舵机与轴线的夹角β，第一关节舵机摆动振幅为A₁，第一关节舵机摆动周期为T₁，第二关节舵机摆动振幅为A₂，第二关节舵机摆动周期为T₂，对双关节机器鱼进行运动分析得到关节摆动角度模型为：

3.根据权利要求2所述的一种用于双关节机器鱼的复合避障方法，其特征在于：所述的步骤S2中，双关节机器鱼以正常速度直线游动时，第一关节舵机与第二关节舵机在满足摆动幅值条件的同时保持周期一致为0.35s的关节摆动角度的数学模型为：

由上式得到，摆动幅值决定游动速度；因此双关节机器鱼减速时，减小α和β的摆动幅值，并在一个摆动周期中通过PWM调节模块的控制信号增加延时以保证摆动周期不变；

设k的范围为[-45°，45°]，则双关节机器鱼转向时关节摆动角度的数学模型为：