多仿生机器鱼协调控制研究-检测技术与自动化装置专业论文.docx

摘要 、 ldv 、， J 在不久的将来，仿生机器鱼会在极为复杂的水下环境中进行海洋生物观察、 海底资源勘探、军事侦察和水下施工等艰巨工作。因此，针对群体机器组开发出 高效、灵活、且具有很强鲁棒性的协调控制方法是一个重要的研究方向。由于水 下工作环境的复杂性，以及机器鱼自身的推进方式的特殊性，…般的协调控制方 法很难直接应用在机器组的身上。因此，多机椿鱼的协调控制是…个具有挑战性 的研究课题。受到生物智能的启发，由多机糟人协调和控制技术相支撑，以机器 鱼硬件平命的成功开发作为基础，本文开展了多仿生机器鱼协调控制方法的研 究。 首先介绍了仿生机器鱼及其协调控制方法的研究背景，综述了国内外相关的 研究成果，并简要介绍了论文的主要工作。 接着，根据多关节仿生机器鱼的动力学模型，利用一种通用的机器鱼性能优 化方法，对我们所使用的三关节机器鱼进行了直游性能上的优化。另外，我们还 把模糊控制的基本思想服用于多机器鱼速度的协调控制中。 然后研究了存在布多个陪碍物的环境下两条机器鱼的协调控制问题。采用人 工势场法，将机器鱼运行空间虚拟成一个存在力的场，并建立了机器鱼之间以及 机器鱼与目标点和障碍物之间的力学关系模型。采用我们的方法，两条机器集可 以完成从各自起始点出发，避开障碍物和对方，顺利到达目标点的任务。这为机 器鱼将来在水下复杂环境中有效的执行任务提供了方法依据。 本文还利用强化学习算法，设计了一个两条机器鱼依次过孔的任务。通过在 不同的状态下对不同的功作进行尝试，机器鱼根据所得到的结果获取回报，并根 据回报值来指导下一步的动作，最终能够实现在不同的状态下自主选择较优的行 动策略。 最后总结全文，并指出今后需要进…步开展的工作。 f‘ 关键词: 仿生机器鱼协调控制模糊控制人工势场强化学习算法 ABSTRACT In the future，the bio-mimetic robotíc fish wil1 be engaged in the tasks such as benthos observation， oceanic exploration， military reconnaissance and underwater construction in the complex underwater environment.Thus it is important to develop some efficie时， flexible and robust coordination methods for a group of bio-mimetic 、 robotic fishes. Due ωthe comple对ty of the underwater worki吨 environment and the particular propulsíon mechanism of the robotic fish， the ordinary coordination 、， approaches can not be applied to the robotic fish directly. As a result，coordinated control of multiple bio-mimetic robotic fish remains a challenging issue. Based on the successful development of the robotic fish platform，也spired by the social behavíors in nature and supported by the multi-robot coordination and control techniques，this thesis investigates the coordination methods of multiple bio-mimetic robotic fish. First，the research background of the bio-mimetic robotíc fish 臼ld 由eir coordination methods are introduced. In addition， the relative research work is synthesized ，and the main result of this thesis is simply outlined. Second，based on the dynamic model of multijoint bío-mimetic robotic fish， an optimiza