仿生机器鱼原理及应用PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 仿生机器鱼研究的背景 1

1.2 仿生机器鱼的发展与现状 4

1.2.1 仿生机器鱼系统研制 5

1.2.2 仿生机器鱼推进机理研究 11

1.2.3 仿生机器鱼控制方法研究 12

1.2.4 多仿生机器鱼协调与协作研究 13

1.3 仿生机器鱼的研究内容 14

1.4 本书的主要工作及组织结构 16

1.5 小结 17

参考文献 17

第2章 鱼类游动机理 23

2.1 引言 23

2.2 鱼类鱼鳍描述 24

2.3 鱼类推进模式 25

2.4 鲹科模式推进机理 27

2.5 小结 29

参考文献 29

第3章 仿生机器鱼动态建模 31

3.1 引言 31

3.2 仿生机器鱼运动学模型 31

3.2.1 尾鳍的运动学模型 31

3.2.2 机器鱼运动学模型 32

3.3 仿生机器鱼动力学建模 35

3.3.1 仿生机器鱼受力分析 35

3.3.2 仿生机器鱼动力学模型 36

3.3.3 仿真及实验验证 42

3.4 仿生机器鱼能耗建模 49

3.4.1 仿生机器鱼能耗分析 49

3.4.2 能耗测量主要技术手段 50

3.4.3 仿生机器鱼能耗模型 53

3.5 小结 64

参考文献 65

第4章 仿生机器鱼机总体设计 68

4.1 引言 68

4.2 仿生机器鱼总体方案设计 68

4.3 仿生机器鱼机械结构设计 70

4.3.1 现有机器鱼机构比较和分析 70

4.3.2 机器鱼鱼体设计 72

4.3.3 机器鱼尾鳍设计 73

4.3.4 机器鱼重心调节 74

4.3.5 机器鱼制作 75

4.4 仿生机器鱼硬件设计 77

4.4.1 主控制模块 79

4.4.2 运动模块 82

4.4.3 感知模块 86

4.4.4 无线通信模块 87

4.4.5 供电模块 88

4.5 仿生机器鱼软件设计 91

4.5.1 机器鱼软件设计 91

4.5.2 上位机软件设计 106

4.6 机器鱼的典型应用 109

4.6.1 机器鱼在水环境监测中的应用 109

4.6.2 盐湖环境的多机器鱼应用 116

4.7 小结 117

参考文献 117

第5章 仿生机器鱼运动控制策略 122

5.1 引言 122

5.2 仿生机器鱼的基本运动控制方法 123

5.2.1 速度控制方法 123

5.2.2 游动方向控制方法 124

5.2.3 点到点控制方法 124

5.3 仿生机器鱼的运动控制方法 125

5.3.1 基于PID的控制方法 125

5.3.2 基于模糊的控制方法 128

5.3.3 基于智能算法的控制方法 132

5.3.4 基于能量考虑运动控制方法 136

5.4 小结 140

参考文献 140

第6章 多机器鱼协调与协作技术 144

6.1 引言 144

6.2 机器鱼节点模型 145

6.2.1 感知模型 145

6.2.2 通信模型 148

6.2.3 运动模型 149

6.3 多仿生机器鱼能量有效的任务分配 149

6.3.1 粒子群优化算法 150

6.3.2 任务分配数学描述 153

6.3.3 仿真实验 155

6.4 基于Bezier曲线的多仿生机器鱼路径跟踪 158

6.4.1 Bezier曲线 158

6.4.2 Bezier曲线路径跟踪 159

6.4.3 实验结果与分析 161

6.5 基于虚拟力的多机器鱼群避碰避障 162

6.5.1 人工势场法 162

6.5.2 机器鱼虚拟力分析 162

6.5.3 仿真实验 165

6.6 多机器鱼能量有效的目标跟踪 168

6.6.1 目标运动模型 168

6.6.2 测量模型 169

6.6.3 机器鱼调度算法设计 169

6.6.4 仿真实验 171

6.7 多机器鱼编队控制 175

6.7.1 队形控制 175

6.7.2 任务描述 178

6.7.3 一致性编队算法 181

6.7.4 仿真与实验 181

6.8 小结 183

参考文献 184