[发明专利]一种三关节仿生机器鱼的深度控制方法

摘要

本发明公开了一种三关节仿生机器鱼的深度控制方法，包括设计用以控制仿生机器鱼的上浮和下潜的浮潜机构；对平衡状态下的仿生机器鱼进行受力分析，然后调节配重滑块偏离平衡位置，使仿生机器鱼开始下潜状态，对处于下潜状态的仿生机器鱼做受力分析，得到仿生机器鱼的实时深度控制方程。本发明利用重心的偏移，改变仿生机器鱼鱼头的俯仰角，从而完成上浮和下潜运动，简化了机构设计结构，且没有深度的限制。本发明建立了仿生机器鱼的升潜模型，得出了深度控制方程，并根据该控制方程建立了一套使机器鱼在上升下潜运动中可以在指定时间到达指定位置的方法，使仿生机器鱼能够具备上浮、下潜以及深度保持功能。

主权项

1.一种三关节仿生机器鱼的深度控制方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步，设计用以控制仿生机器鱼的上浮和下潜的浮潜机构；所述浮潜机构包括配重滑块、丝杆、电机、编码器和控制板，所述丝杆沿仿生智能机器鱼鱼身长度方向设置，配重滑块设置在丝杆上且与丝杆螺纹连接，丝杆固定在电机转轴的输出端上，丝杆上固定连接编码器，电机正反转动带动配重滑块在丝杆上来回滑动，电机和编码器均与控制板电性连接；第二步，调节浮潜机构的配重滑块，使仿生机器鱼在水中处于悬浮状态，以仿生机器鱼的重心为原点建立坐标系，首先对平衡状态下的仿生机器鱼进行受力分析，然后调节配重滑块偏离平衡位置，使机器鱼整体重心发生偏移，使仿生机器鱼开始下潜状态，当仿生机器鱼处于稳定的下潜状态时，对处于该下潜状态的仿生机器鱼做受力分析，得到机器鱼的深度控制与其当前速度以及配重块移动的距离有关，并推导得到仿生机器鱼的实时深度控制方程为：其中：v(t)是t时刻仿生机器鱼的速度，h0为仿生机器鱼的初始深度，l(t)为t时刻配重滑块移动的距离，m1为配重滑块的重量，m2为除配重滑块外鱼体的重量，d为整体重心与浮心之间的距离，M为仿生机器鱼的总重，M＝m1+m2，L1为配重滑块重心距离整体重心的距离，L2为除配重滑块外鱼体的重心距离整体重心的距离；第三步，将所述三关节仿生机器鱼放入水中，开启开关，三个主驱动关节开始在水中摆动，根据主驱动关节摆动的频率测得水流的流速，再利用三关节仿生机器鱼自带的重力传感器测得此时机器鱼所处深度，控制板接受指令信息，指令信息主要为在规定时间内到达指定位置，根据数据处理得出配重滑块的移动时间，然后控制浮潜机构的电机转动，带动丝杆转动，配重滑块在丝杠上移动，三关节仿生机器鱼进行上升下潜运动；同时编码器开始工作读取码盘转动角度，将数据传输给控制板，控制板实时测得配重滑块所处位置；当配重滑块移动到指定距离点后，配重滑块停止移动，配重滑块开始回移到平衡位置，三关节仿生机器鱼保持平衡，此时三关节仿生机器鱼完成指令。