[發明專利]一種多模態仿生拉線機器魚的CPG控制方法及機器魚

在審

• 申請號: 201911273234.2
• 申請日: 2019-12-12
• 公開（公告）號: CN110937092A
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 鐘勇;陳家泳;余炳寰;陳有棟;杜如虛
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B63H1/36
• 分類號: B63H1/36;G05B11/42
• 代理公司: 廣州海心聯合專利代理事務所(普通合伙) 44295
• 代理人: 黃為;冼俊鵬

本發明公開了一種多模態仿生拉線機器魚的CPG控制方法，屬于仿生機器魚技術領域，主要解決的是現有仿生機器魚參數多、控制復雜的技術問題，所述方法為根據設定的魚體擺動幅度、魚體擺動頻率、魚體擺動偏移值、魚體擺動時間比輸入CPG模型計算得到一旋轉角度，并根據所述旋轉角度控制一個舵機驅動拉線機構來控制機器魚的游動。本發明還公開了一種實現上述方法的機器魚。本發明的參數少、控制簡單、模型效率高。

技術領域

本發明涉及仿生機器魚技術領域，更具體地說，它涉及一種多模態仿生拉線機器魚的CPG控制方法及機器魚。

背景技術

在地球上的水世界中，經過了幾百萬年的自然選擇和進化，魚類已經擁有了非凡的水中運動能力。它們能夠快速、高效和靈敏地游動，能夠靈活地穿越復雜的水下環境，具有游動速度快、加速度大、效率高、噪聲低等優異的游泳性能，大大超過了現有的水下航行機器人。這引起了生物學家和工程研究人員極大的興趣，隨著仿生學和機器人學的發展，研究人員設計出了一系列仿生機器魚的模型，將魚類的生物結構和水下運動能力轉化為可由人類控制的自主水下機器人，簡稱機器魚。

目前，有一些機器魚研究團隊采用了CPG控制，但由于是多關節多舵機的驅動結構，CPG控制的輸入參數和輸出參數較多，分析復雜。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對現有技術的上述不足，本發明的目的一是提供一種參數簡單、模型效率高的多模態仿生拉線機器魚的CPG控制方法。

本發明的目的二是提供一種結構簡單、控制簡單的機器魚。

為了實現上述目的一，本發明提供一種多模態仿生拉線機器魚的CPG控制方法，根據設定的魚體擺動幅度、魚體擺動頻率、魚體擺動偏移值、魚體擺動時間比輸入CPG模型計算得到一旋轉角度，并根據所述旋轉角度控制一個舵機驅動拉線機構來控制機器魚的游動。

作為進一步地改進，所述CPG模型具體為：

α＝b+mcos(φ)

β＝b+msin(φ)

其中，b表示低級命令的偏移值，k_b表示偏移值增益的正常數，B表示所述魚體擺動偏移值，m表示低級命令的幅度，k_m表示幅度增益的正常數，M表示所述魚體擺動幅度，φ表示相位，R表示所述魚體擺動時間比，ω表示所述魚體擺動頻率，α表示所述旋轉角度，β為中間變量；

當所述CPG模型達到穩定狀態時，b趨近于B，m趨近于M。

進一步地，實時獲取所述機器魚周圍的障礙物信息，根據所述障礙物信息查詢避障規則庫得到所述魚體擺動幅度、魚體擺動頻率、魚體擺動偏移值、魚體擺動時間比。

進一步地，還包括PID模型，實時獲取所述機器魚的偏航角，所述PID模型根據所述偏航角與目標偏航角的偏差實時調整所述魚體擺動偏移值以控制所述機器魚定向巡游。

為了實現上述目的二，本發明提供一種機器魚，包括頭部、尾部以及若干個依次鉸接的關節，所述頭部與第一個關節鉸接，所述尾部與最后一個關節鉸接；所述頭部包括支架、拉線機構，所述拉線機構包括安裝于所述支架上的卷輪、卷繞于所述卷輪兩側的第一拉線、第二拉線，所述第一拉線、第二拉線的一端均固定連接所述卷輪，所述第一拉線、第二拉線的另一端分別依次穿過所述支架兩側、各關節兩側并固定連接所述尾部兩側，所述支架上設有連接所述卷輪的第一舵機，所述支架上設有電性連接所述第一舵機的控制電路板；所述控制電路板實現上述的CPG控制方法。