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本文受仿生学和群智能算法的启发,针对一类多关节仿鯵科机器鱼,应用微粒群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)对其进行运动控制优化。
首先,介绍了仿生机器鱼及其运动控制优化的研究意义,综述了国内外相关的研究工作,并简要介绍了本文的选题背景和主要工作。
其次,介绍了多关节仿生机器鱼的硬件结构,基于中枢模式发生器(CentralPattern Generator,CPG)原理的运动控制模型,和相关的水下机器人实验系统。
再次,采用整数空间自适应微粒群算法对机器鱼运动参数进行了优化,得到了机器鱼正向直游的最大速度以及相应的控制参数组。基此,以电机摆动频率作为唯一的速度控制参数,结合线性插值方法,设计了一个基于分段线性函数的速度控制器,简化了机器鱼的运动控制。实验验证了该控制器的实用性和有效性。
然后,对多关节机器鱼的倒游进行了研究。由于控制参数与倒游速度的关系较正游更为复杂,本文通过大量实验和分析,分别得出了CPG模型中各参数与倒游性能的关系。基此,通过PSO算法得到了机器鱼倒退最大直游速度以及对应的控制参数组。
最后,对本文所做的工作进行总结,并指出了今后需要进一步开展的工作。