一种仿生蝠鲼机器人运动控制方法技术

本发明专利技术公开了一种仿生蝠鲼机器人运动控制方法，包括：(1)在仿生蝠鲼机器人的柔性胸鳍上选取若干特征点，建立描述特征点运动的数学模型；(2)对CPG控制器进行改进，引入幅值调节参数a和频率调节参数ω改进CPG控制器；(3)设计基于摄动法的CPG控制器参数整定方法；(4)将改进的CPG控制器与仿生蝠鲼机器人进行耦合；(5)以改进的CPG控制器作为控制胸鳍扑动的底层运动控制器，以模糊控制器为高层决策控制器，搭建基于CPG模型的分层控制架构，使用模糊算法控制CPG控制器的输入参数a和ω，以实现对蝠鲼机器人运动速度的闭环控制。利用本发明专利技术，在控制器受到干扰后仍能快速收敛，继续产生给定模式的周期信号。定模式的周期信号。定模式的周期信号。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生蝠鲼机器人运动控制方法


[0001]本专利技术属于水下机器人领域，尤其是涉及一种仿生蝠鲼机器人运动控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，为进一步开发海洋资源、深入探索海洋，诸多学者着手水下机器人技术的研究工作，越来越多的水下机器人被应用到具有挑战性的水下任务。同时，任务要求的多样化及探测环境的复杂化对水下机器人各方面的性能提出更高要求。当前，由螺旋桨推进器作为主要动力的鱼雷状或开架式水下机器人存在着推进效率低、灵活性差和噪音大等缺点，且尚无妥善的解决策略。因此，对新型水下机器人的研究工作迫在眉睫。
[0003]仿生学(Bionics)作为一门新兴学科，为机器人技术的发展注入活力。诸多学者开始对水下生物结构和行为的仿生学原理进行研究，试图从中得到启发和指导。蝠鲼的扑翼运动方式以稳定性好、机动性强和推进效率高等优点受到研究者的青睐，仿生蝠鲼机器人的研究成为当前水下仿生机器人研究工作的焦点。
[0004]如公开号为CN110304223A的中国专利文献公开了一种仿生机器蝠鲼，包括头部舱、中心舱、一对胸鳍、尾鳍舱，所述胸鳍包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生蝠鲼机器人运动控制方法，其特征在于，包括：(1)在仿生蝠鲼机器人的柔性胸鳍上选取若干特征点，建立描述特征点运动的数学模型，通过分析特征点的运动规律描述柔性胸鳍的扑动特征；(2)对CPG控制器进行改进，引入幅值调节参数a和频率调节参数ω改进CPG控制器，通过上述参数调节CPG控制器输出振荡信号的特性；(3)设计基于摄动法的CPG控制器参数整定方法；(4)将改进的CPG控制器与仿生蝠鲼机器人进行耦合，使得改进后的CPG控制器在缺乏周期输入信号的情况下产生稳定、模式可调节的周期振荡信号；(5)以改进的CPG控制器作为控制胸鳍扑动的底层运动控制器，以模糊控制器为高层决策控制器，搭建基于CPG模型的分层控制架构，使用模糊算法控制CPG控制器的输入参数a和ω，以实现对蝠鲼机器人运动速度的闭环控制。2.根据权利要求1所述的仿生蝠鲼机器人运动控制方法，其特征在于，步骤(1)中，通过分析特征点的运动规律描述柔性胸鳍的扑动特征具体为：通过二次曲线拟合胸鳍的扑动轮廓，建立任意时刻三条鳍线的扑动曲线表达式式中，Z表示不同鳍线在扑动时的竖直方向位移；A由柔性胸鳍的扑动幅度系数a(t)组成，A
T
＝(a1(t) a2(t) a3(t))；X表示不同鳍线沿展向分布的位置坐标；M表示不同鳍线沿x轴的坐标范围，由曲线长度积分公式确定；L表示不同鳍线的长度；通过测量生物蝠鲼特征点的实际位移，函数拟合得到扑动幅度系数a(t)随时间的函数表达式；由此得到各个特征点在任意时刻在竖直方向的位移；通过分析特征点的位移，得到蝠鲼机器人胸鳍的扑动周期性规律。3.根据权利要求1所述的仿生蝠鲼机器人运动控制方法，其特征在于，步骤(2)中，改进CPG控制器的数学表达式如下：式中，x为改进CPG控制器的输出信号，状态变量为x对时间的一阶导数，状态变量为x对时间的二阶导数，ε为非线性强度系数，a为幅值调节参数，ω为频率调节参数。4.根据权利要求1所述的仿生蝠鲼机器人运动控制方法，其特征在于，步骤(3)中，基于摄动法的CPG控制器参数整定方法具体为：采用多尺度奇异摄动法求取CPG控制器输出信号的解析解，进而分析控制器参数与输出信号的定量关系，以实现CPG控制器对仿生蝠鲼机器人的有效控制。5.根据权利要求4所述的仿生蝠鲼机器人运动控制方法，其特征在于，采用多尺度奇异摄动法求取CPG控制器输出信号的解析解过程如下：引入T0＝t、T1＝εt两个时间尺度，将近似解级数展开，见式(3)：x(t,ε)＝x0(T0,T1)+εx1(T0,T1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)x(t)对时间t求一阶导数见式(4)：
式中，D0、D1为微分算子，...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄豪彩，宋子龙，吴哲远，王卿，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：