[發明專利]一種仿鲹科機器魚倒游運動的控制方法

有效

• 申請號: 201210262605.9
• 申請日: 2012-07-26
• 公開（公告）號: CN102745320A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 喻俊志;吳正興;譚民
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: B63H1/36
• 分類號: B63H1/36
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明屬于仿生學領域，尤其是一種基于中樞模式發生器(Central?Pattern?Generator，CPG)的仿鲹科機器魚倒游運動的控制方法。

背景技術

在長期的自然選擇中，魚類進化出非凡的游動能力。魚類的游動不僅推進效率高、機動性好，而且環境適應能力強、隱蔽性好。這些優點是當前水下機器人所無法比擬的，因此，吸引了大量學者研究魚類的游動機理，希望改善水下潛器的能力，提高效率及機動性，增強穩定性。目前，國內外研究人員已成功研制出眾多仿生機器魚樣機，實現了直游、轉向、上浮、下潛等動作。但是，針對機器魚倒游的研究較少。在自然界中，魚類依靠胸鰭的波動，能夠實現身體緩慢后退，而鰻魚及細長體魚類可以改變魚體波的傳播方向實現倒游。瑞士洛桑理工大學(EPFL)研制的機器魚BoxyBot在身體停振的條件下，通過胸鰭旋轉180度、后向拍動來實現倒游。此類倒游方式對胸鰭的依賴性強，對機器魚樣機設計要求高。

通常，CPG是指一類存在于無脊椎動物和脊椎動物中樞神經系統中的神經元電路。CPG通過神經元之間的相互抑制，實現自激振蕩，產生穩定的節律信號。因此，CPG能夠在無節律控制或者反饋輸入的情況下，控制生物體的節律行為，例如游泳、呼吸、行走或者飛行等。由于CPG能夠產生穩定的節律信號、魯棒性強、實時性好以及易于調節信號幅值、頻率等參量，因此，被廣泛應用于機器人的運動控制中。中國科學院自動化研究所采用CPG控制模型實現了機器魚的直游、轉向、潛浮等。鑒于CPG控制方法在產生穩定游動運動方面的優勢，本發明將其成功應用于機器魚的倒游控制。

發明內容

本發明的目的是提供一種仿鲹科機器魚倒游運動的控制方法，實現機器魚的倒游運動。該方法基于CPG產生機器魚舵機的控制信號，控制魚體的波動。通過調整CPG的參數，實現控制信號滿足：魚頭至魚尾方向上，相位依次滯后，幅值依次減小。通過魚體波動，產生后向推進力，實現仿生機器魚的倒游運動。

本發明所提出的一種仿鲹科機器魚倒游運動的控制方法，其特征在于，該方法通過離散化中樞模式發生器(CPG)模型來產生仿鲹科機器魚魚體及尾部相應的驅動舵機的控制信號，以使機器魚魚體從魚頭至魚尾的方向上，魚體及尾部驅動舵機控制信號的相位依次滯后，幅值依次減小，從而產生后向推進力，使機器魚倒游；

所述離散化CPG模型為：