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水下仿生机器人
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工业技术

  • 电子书积分:7 积分如何计算积分?
  • 作 者:娄保东著
  • 出 版 社:北京:中国水利水电出版社
  • 出版年份:2018
  • ISBN:9787517067832
  • 页数:95 页
图书介绍:本书主要介绍水下仿生机器人的研究、开发与设计。既有包括仿生学、机械工程学、结构力学、材料学、控制理论与控制工程学、电子信息科学、计算机科学、人工智能等交叉学科的理论研究,也有各学科工程实践上的设计开发与实验。作为一个综合系统,各种学科相互交叉融合,共同推进了仿生机器鱼理论的探索及样机的研制,并最终以仿生机器“金龙鱼”的成功下水实验为结尾。在仿生鱼领域达到了国际领先水平。本书从仿生学基本概念和理论入手,结合机械工程专业技术进行结构设计并结合结构力学进行设计优化和定型,最终由先进的3D打印技术打印成型。在自动化以及智能控制方面,通过软硬件系统的设计与运动控制算法的优化进行机电一体化智能控制设计。最终实现仿生机器鱼的自主水下巡游、自主无线充电、与岸基终端设备无线通信、搭载水下科学实验仪器进行科学数据采集和回传等功能。
《水下仿生机器人》目录

概要 1

第1章 水下机器人概述 2

1.1 应用背景和意义 2

1.2 研究现状 3

1.2.1 国外研究现状 3

1.2.2 国内研究现状 6

第2章 水下仿生机器人建模分析 8

2.1 仿生学理论 8

2.1.1 仿生学研究进展 8

2.1.2 水下仿生学概述 9

2.1.3 鱼类的生理机构及运动模式 12

2.2 水下仿生机器人的仿生学理论 13

2.2.1 水下仿生机器人的物理模型简化 14

2.2.2 水下仿生机器人的物理模型坐标建立 15

2.3 仿生机器鱼的运动模型 15

2.3.1 仿生机器鱼的原始运动模型 16

2.3.2 仿生机器鱼运动模型的修正 16

第3章 典型的水下仿生机器人机械结构分析与设计 20

3.1 水下仿生机器人的整体结构设计 20

3.2 水下仿生机器人的运动结构设计 21

3.2.1 主驱动关节设计 22

3.2.2 驱动杆受力分析 23

3.2.3 从动关节设计 25

3.3 重心调节装置的结构设计 28

3.4 尾鳍的设计 31

第4章 水下机器人的硬件控制系统 33

4.1 水下机器人的嵌入式系统总框架 33

4.2 嵌入式系统中的主控制模块 34

4.2.1 嵌入式平台的选择 35

4.2.2 基于BeagleBone Black的嵌入式平台设计 36

4.3 嵌入式系统中的子模块 38

4.3.1 红外检测模块 38

4.3.2 运动模块 39

4.3.3 充电模块 40

4.3.4 通信模块 44

第5章 水下机器人的运动控制算法 46

5.1 直游姿态的控制学研究与优化 46

5.1.1 仿生机器鱼的运动曲线拟合 46

5.1.2 误差分析 49

5.2 快速转弯的运动姿态控制研究与改进 51

5.2.1 C形转弯模式 51

5.2.2 基于模糊控制算法下的C形转弯 52

5.3 上浮下潜控制研究与改进 56

5.3.1 上浮下潜的模型建立 57

5.3.2 基于PID控制器的上浮下潜运动 58

5.4 水下机器人的返航系统设计 59

5.4.1 返航系统的定位原理 59

5.4.2 返航系统模块设计 62

第6章 基于硬件控制平台的程序设计 64

6.1 常用编程语言 64

6.2 水下机器人的编程思想 65

6.2.1 主控制模块 66

6.2.2 运动模块 66

6.2.3 传感器模块 68

6.2.4 重心调节模块 69

6.2.5 总线式模块通信 69

第7章 水下机器人的感觉系统——协作传感器 72

7.1 常用的水下传感器 72

7.1.1 水下传感器的种类 72

7.1.2 水下传感器的检测原理 74

7.2 水下机器人上应用的传感器 77

第8章 联调测试与实况试验 80

8.1 模块调试 80

8.2 实验平台搭建 80

8.2.1 硬件平台搭建 81

8.2.2 软件设计与实现 82

8.3 姿态控制实验及分析 84

8.3.1 直游姿态实验及分析 84

8.3.2 C形转弯实验及分析 86

8.3.3 上浮下潜运动实验及分析 87

8.4 返航系统实验及分析 88

参考文献 91

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