基于S—C形變換的仿生機器魚運動控制算法

韓永成 高磊 馮仁杰 張卉 張濤

摘 要：為了提高機器魚的進攻效率，提出一種基于S-C形變換的控制算法。通過對仿生機器魚S形和C形起動的動力學(xué)分析，設(shè)計機器魚S形和C形結(jié)合的進攻方式，幫助仿生機器魚在水中更好的達到力量與速度的平衡。

關(guān)鍵詞：仿生機器魚；S形起動；C形起動；控制算法

魚類游動的高效率、高機動性確保其在高速狀態(tài)下持久游動和迅速轉(zhuǎn)向。魚形仿生機器人模仿魚類的運動模式和外形，擺脫了螺旋槳推進器低效率、高耗能等缺點。[1]仿生機器魚涉及流體力學(xué)、機電、通訊、控制等學(xué)科，在海洋生物觀察、軍事偵察等領(lǐng)域具有重要作用。[2]魚形仿生機器人為研究新型的水下航行器提供了新思路，具有重要的研究價值和應(yīng)用前景。

仿生機器魚能很好地代替人類完成軍事偵察、海底地質(zhì)地貌勘測等危險工作，這就涉及到其動力有效輸出問題，對其運動行為進行分析，采用高效的控制算法就顯得尤為重要。考慮到機器魚在水中很難達到力量和速度的平衡，于是提出一種基于S-C形變換的仿生機器魚進攻型控制算法。

1 仿生機器魚基本運動控制算法

圖1為本文實驗所用仿生機器魚機械結(jié)構(gòu)示意圖，主要分為魚頭、魚身和魚尾三個部分。魚頭主要由控制電路板構(gòu)成，魚身由三個擺動關(guān)節(jié)串聯(lián)構(gòu)成，魚尾采用新月型尾鰭。仿生機器魚采用身體波動推進模式，通過改變電機偏移量來調(diào)整速度和方向。