[发明专利]一种仿鲹科机器鱼倒游运动的控制方法

摘要

本发明公开了一种仿鲹科机器鱼倒游运动的控制方法。该方法基于中枢模式发生器(Central Pattern Generator，CPG)控制机器鱼的游动。首先根据鱼类游动的特征，构建CPG链式网络拓扑结构，以减少CPG参数数量，降低模型复杂度。然后通过合理调整CPG模型的参数，使得CPG模型的输出信号满足：在机器鱼鱼头至鱼尾的方向上，机器鱼舵机的控制信号的相位依次滞后，幅值依次减小，从而产生后向推进力，实现机器鱼的倒游。本发明对深入理解鱼类的倒游运动机理具有促进作用，同时为丰富水下机器人的运动模态、提高其机动能力提供指导。

主权项

一种仿鲹科机器鱼倒游运动的控制方法，其特征在于，该方法通过离散化中枢模式发生器(CPG)模型来产生仿鳍科机器鱼鱼体及尾部相应的驱动舵机的控制信号，以使机器鱼鱼体从鱼头至鱼尾的方向上，鱼体及尾部驱动舵机控制信号的相位依次滞后，幅值依次减小，从而产生后向推进力，使机器鱼倒游；所述离散化CPG模型为： x i ( k + 1 ) - x i ( k ) ΔT = - ω i · y i ( k ) + x i ( k ) · ( m i ( x i ( k ) ) 2 - ( y i ( k ) ) 2 ) + a 1 y i - 1 ( k ) + a 2 y i + 1 ( k ) y i ( k + 1 ) - y i ( k ) ΔT = ω i · x i ( k ) + y i ( k ) · ( m i - ( x i ( k ) ) 2 - ( y i ( k ) ) 2 ) + b 1 x i - 1 ( k ) + b 2 x i + 1 ( k ) z i ( k ) = c i y ( k ) if z i ( k ) - z i ( k - 1 ) ≤ ST z i ( k - 1 ) + STif z i ( k ) - z i ( k - 1 ) > ST , 式中，i＝1，...，n，n表示振荡神经元的个数，所述振荡神经元对应于机器鱼鱼体及尾部的驱动舵机；xi(k)表示振荡神经元的膜电势；yi(k)表示振荡神经元的调节电势；xi(k)和yi(k)均为中间状态变量；k表示离散时间变量；ΔT表示时间增量；ωi表示振荡神经元的固有频率；mi表示振荡神经元的固有幅值；a1，a2，b1，b2表示振荡神经元间的耦合系数；ci表示输出放大倍数；zi(k)表示对相应的仿鲹科机器鱼鱼体尾部驱动舵机进行控制的输出信号；S表示机器鱼鱼体及尾部驱动舵机的最大角速度；T表示机器鱼鱼体及尾部驱动舵机的控制周期；ωi、mi、a1、a2、b1、b2、ci、S、T均为已知变量。