一种基于海扁虫仿生的水下机器人以及抗干扰控制方法技术

本发明专利技术涉及水下仿生机器人控制领域，公开了一种基于海扁虫仿生的水下机器人抗干扰控制方法，包括如下步骤：通过实时获得水下机器人的姿态角，对不同大小的扰流进行抗干扰训练，得到本仿生机器人的PID参数，对姿态角进行误差分析，根据姿态角的误差值对水下机器人的电机以及舵机的输出进行调节，将姿态角输入神经网络进行训练，得到所期望的PID值，通过一定的PID算法得到要输出的PWM的信号值，根据PWM信号值对电机的正反转、推力进行调控以及舵机转动的角度，对水下机器人的姿态进行调节。本发明专利技术可得到其初始的PID参数列表，并且通过神经网络进行训练能得到符合大部分复杂水体的PID参数。PID参数。PID参数。

【技术实现步骤摘要】
一种基于海扁虫仿生的水下机器人以及抗干扰控制方法


[0001]本专利技术涉及水下仿生机器人控制领域，具体为一种基于海扁虫仿生的水下机器人以及抗干扰控制方法。

技术介绍

[0002]基于海扁虫仿生的水下机器人指的是根据海扁虫运动形态所设计的仿生机器人，模仿海扁虫波动式的推进方式，两侧柔性鳍面波动式运动，借助水的反作用进行推进。
[0003]此类基于海扁虫仿生的水下机器人，在水下运动时会受到自身运动所带动的水波以及周围各种水体变动的影响，导致此类基于海扁虫仿生的水下机器人会逐渐随着水波而偏离原先设定的运动路线。
[0004]对于此类基于海扁虫仿生的水下机器人，根据控制方式一般分为两种：一是利用主控芯片对于PWM参数值与初始设定值进行比较，从而改变PWM参数值，来达到控制此类机器人的要求；二是利用传感器对此类基于海扁虫仿生的水下机器人的姿态进行实时的测量并且传输至主控芯片，根据所设定的初始值与此类基于海扁虫仿生的水下机器人实时的姿态数值在主控芯片通过PID算法计算得到期望的PWM信号值，进而改变电机转速；前者对于水体的稳定性要求会更高，并且为了达到初始设定值可能会加大某一个方向的误差，但成本较低，而后者能更好的适应各种水体，并且能够更好的利用主控芯片的算力，为此我们提出了一种基于海扁虫仿生的水下机器人以及抗干扰控制方法。

技术实现思路

[0005](一)解决的技术问题
[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于海扁虫仿生的水下机器人以及抗干扰控制方法，以解决上述的问题。<br/>[0007](二)技术方案
[0008]为实现上述所述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]一种基于海扁虫仿生的水下机器人，包括头部、柔性主体骨架以及尾部，柔性主体骨架由多个关节组成，所述柔性主体骨架与尾部连接，头部设置在柔性主体骨架的一侧，且头部上设置有两根贯穿柔性主体骨架关节的尼龙线。
[0010]优选的，所述头部包括头部密封舱、摄像头、水下红外探头、舵机、舵机盘一以及舵机盘二，所述头部密封舱的左右两侧各设置一个水下红外探头，摄像头设置在两个水下红外探头之间，头部密封舱的内部设置有独立电源以及舵机，舵机盘二设置在舵机盘一的上方，舵机盘一设置在舵机的上方，两根所述尼龙线设置在舵机盘一上。
[0011]优选的，关节包括两个延长杆、两个连接部一、连接簧、D孔软轴连接头、连接套、凸轮关节、横轴端部固定块、连接横轴以及摆杆，两个延长杆对应两个连接部一连接孔位置上通过连接横轴转动连接在一起，且连接横轴的两端设置有横轴端部固定块，横轴端部固定块与连接部一卡接，两个连接部一插接有D孔软轴连接头，且D孔软轴连接头与连接部一插
接位置上设置有连接套，两个连接部一上的D孔软轴连接头与两个连接部一之间的凸轮关节端部插接在一起，相邻的两个关节中的D孔软轴连接头通过软轴连接在一起，两个所述延长杆相互靠近的一侧固定连接有摆杆，两个所述摆杆对应凸轮关节连接轴的位置上设置有连接缺口，连接缺口与凸轮关节活动连接，相邻的两个关节中的凸轮关节有九十度的偏差值，每个所述关节中同一侧的延长杆均通过零点二毫米的硅胶薄膜串联起来，尾部驱动带动软轴旋转，软轴带动凸轮关节进行旋转，凸轮关节在摆杆的连接缺口中上下挤压，驱动摆杆进行摆动，然后硅胶薄膜呈现波浪形摆动，最终形成波浪形的方式进行推进。
[0012]优选的，每个所述关节中相邻的两个连接部一通过连接簧连接在一起，每个所述延长杆的自由端上均设置有用穿插尼龙线的圆形孔洞。
[0013]优选的，所述头部包括电机舱、尾部密封舱以及密封舱盖板，电机舱设置在尾部密封舱的内部，且尾部密封舱的末端安装有密封舱盖板，且电机舱的内部设置有电机，电机与软轴连接。
[0014]进一步的，尾部密封舱内部设置有锂电池、姿态测量组件、PID控制器、L298N电机驱动模块以及LM2598降压模块，所述PID控制器与所述姿态测量组件共同连接好固定在尾部密封舱的上平面保持初始的水平状态。
[0015]进一步的，所述姿态测量组件为九轴陀螺仪，PID控制器为央处理芯片STM32F103，PID控制器与所述姿态测量组件设于一个密封舱内并且连接稳固后嵌入密封舱的上壁的孔洞中保证了电气连接的可靠。
[0016]一种基于海扁虫仿生的水下机器人抗干扰控制方法，包括以下步骤：
[0017]S1：实时获得水下机器人的姿态角；
[0018]S2：对不同大小的扰流进行抗干扰训练，得到本仿生机器人的PID参数；
[0019]S3:对姿态角进行误差分析，根据姿态角的误差值对水下机器人的电机以及舵机的输出进行调节；
[0020]S4:将姿态角输入神经网络进行训练，得到所期望的PID值，通过一定的PID算法得到要输出的PWM的信号值；
[0021]S5:根据PWM信号值对电机的正反转、推力进行调控以及舵机转动的角度，对水下机器人的姿态进行调节。
[0022]优选的，所述S2中的PID参数获取内容如下：
[0023]第一步：在不同的扰流大小下获取所述水下仿生机器人的初始姿态角；
[0024]第二步：将初始姿态角进行神经网络的训练，输出训练PID参数；
[0025]第三步：将训练的PID参数与所述初始姿态角相对应，确定PID参数列表。
[0026]优选的，所述S3中的姿态角进行误差分析包括以下步骤：
[0027]第一步：对姿态角进行数据滤波处理；
[0028]第二步：得到姿态角的误差值；
[0029]第三步：误差值用于表征姿态角与初始姿态角之间的差值。
[0030]优选的，所述S4中的通过PID算法计算得到PWM信号值包括以下步骤：
[0031]第一步：将姿态角输入所述PID控制器；
[0032]第二步：根据训练结果计算得到PID参数增量；
[0033]第三步：将PID参数增量与所述初始PID参数相加得到目标PID参数，目标PID参数
用于表征PID算法中下一次运算的初始PID参数；
[0034]第四步：根据目标PID参数对所述欧拉角进行PID计算，通过PID算法计算得到PWM信号值。
[0035]优选的，所述S5中的电机正反转对水下机器人的姿态调节：
[0036]当左右两个电机同时正转，驱使水下机器人向前运动；
[0037]当左右两个电机同时反转，驱使水下机器人向后运动。
[0038]优选的，所述S5中的舵机角度的调节，对水下机器人进行姿态的调节：
[0039]当舵机正转时仿生机器人向上弯曲，实现水下机器人整体上浮的功能；
[0040]当舵机反转时仿生机器人向上下曲，实现水下机器人整体上潜的功能。
[0041](三)有益效果
[0042]与现有技术相比，本专利技术提供的基于海扁虫仿生的水下机器人抗干扰控制方法，具备以下有益效果：
[0043]1、该基于海扁虫仿生的水下机器人以及抗干扰控制方法，利用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于海扁虫仿生的水下机器人，其特征在于，包括头部、柔性主体骨架以及尾部，柔性主体骨架由多个关节组成，所述柔性主体骨架与尾部连接，头部设置在柔性主体骨架的一侧，且头部上设置有两根贯穿柔性主体骨架关节的尼龙线。2.根据权利要求1所述的基于海扁虫仿生的水下机器人，其特征在于：所述头部包括头部密封舱(3)、摄像头(2)、水下红外探头(1)、舵机(4)、舵机盘一(5)以及舵机盘二(6)，所述头部密封舱(3)的左右两侧各设置一个水下红外探头(1)，摄像头(2)设置在两个水下红外探头(1)之间，头部密封舱(3)的内部设置有独立电源以及舵机(4)，舵机盘二(6)设置在舵机盘一(5)的上方，舵机盘一(5)设置在舵机(4)的上方，两根所述尼龙线设置在舵机盘一(5)上。3.根据权利要求1所述的基于海扁虫仿生的水下机器人，其特征在于：所述关节包括两个延长杆(16)、两个连接部一(17)、连接簧(18)、D孔软轴连接头(10)、连接套(11)、凸轮关节(12)、横轴端部固定块(13)、连接横轴(14)以及摆杆(15)；两个延长杆(16)对应两个连接部一(17)连接孔位置上通过连接横轴(14)转动连接在一起，且连接横轴(14)的两端设置有横轴端部固定块(13)，横轴端部固定块(13)与连接部一(17)卡接；两个连接部一(17)插接有D孔软轴连接头(10)，且D孔软轴连接头(10)与连接部一(17)插接位置上设置有连接套(11)，两个连接部一(17)上的D孔软轴连接头(10)与两个连接部一(17)之间的凸轮关节(12)端部插接在一起，相邻的两个关节中的D孔软轴连接头(10)通过软轴(19)连接在一起；两个所述延长杆(16)相互靠近的一侧固定连接有摆杆(15)，两个所述摆杆(15)对应凸轮关节(12)连接轴的位置上设置有连接缺口，连接缺口与凸轮关节(12)活动连接，相邻的两个关节中的凸轮关节(12)有九十度的偏差值，每个所述关节中同一侧的延长杆(16)均通过零点二毫米的硅胶薄膜串联起来；每个所述关节中相邻的两个连接部一(17)通过连接簧(18)连接在一起，每个所述延长杆(16)的自由端上均设置有用穿插尼龙线的圆形孔洞。4.根据权利要求3所述的基于海扁虫仿生的水下机器人，其特征在于：所述头部包括电机舱(7)、尾部密封舱(8)以及密封舱盖板(9)，电机舱(7)设置在尾部密封舱(8)的内部，且尾部密封舱(8)的末端安装有密封舱盖板(9)；电机舱(7)的内部设置有电机，电机与软轴(19)连接；尾部密封舱(8)内部设置有锂电池、姿态测量组件、...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘长红，李楷林，冯沼棠，黄杰华，伍雄谦，陈思霖，江帆，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：