[发明专利]一种多模态仿生拉线机器鱼的CPG控制方法及机器鱼

说明书

本发明公开了一种多模态仿生拉线机器鱼的CPG控制方法，属于仿生机器鱼技术领域，主要解决的是现有仿生机器鱼参数多、控制复杂的技术问题，所述方法为根据设定的鱼体摆动幅度、鱼体摆动频率、鱼体摆动偏移值、鱼体摆动时间比输入CPG模型计算得到一旋转角度，并根据所述旋转角度控制一个舵机驱动拉线机构来控制机器鱼的游动。本发明还公开了一种实现上述方法的机器鱼。本发明的参数少、控制简单、模型效率高。

技术领域

本发明涉及仿生机器鱼技术领域，更具体地说，它涉及一种多模态仿生拉线机器鱼的CPG控制方法及机器鱼。

背景技术

在地球上的水世界中，经过了几百万年的自然选择和进化，鱼类已经拥有了非凡的水中运动能力。它们能够快速、高效和灵敏地游动，能够灵活地穿越复杂的水下环境，具有游动速度快、加速度大、效率高、噪声低等优异的游泳性能，大大超过了现有的水下航行机器人。这引起了生物学家和工程研究人员极大的兴趣，随着仿生学和机器人学的发展，研究人员设计出了一系列仿生机器鱼的模型，将鱼类的生物结构和水下运动能力转化为可由人类控制的自主水下机器人，简称机器鱼。

目前，有一些机器鱼研究团队采用了CPG控制，但由于是多关节多舵机的驱动结构，CPG控制的输入参数和输出参数较多，分析复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，本发明的目的一是提供一种参数简单、模型效率高的多模态仿生拉线机器鱼的CPG控制方法。

本发明的目的二是提供一种结构简单、控制简单的机器鱼。

为了实现上述目的一，本发明提供一种多模态仿生拉线机器鱼的CPG控制方法，根据设定的鱼体摆动幅度、鱼体摆动频率、鱼体摆动偏移值、鱼体摆动时间比输入CPG模型计算得到一旋转角度，并根据所述旋转角度控制一个舵机驱动拉线机构来控制机器鱼的游动。

作为进一步地改进，所述CPG模型具体为：

α＝b+mcos(φ)

β＝b+msin(φ)

其中，b表示低级命令的偏移值，k_b表示偏移值增益的正常数，B表示所述鱼体摆动偏移值，m表示低级命令的幅度，k_m表示幅度增益的正常数，M表示所述鱼体摆动幅度，φ表示相位，R表示所述鱼体摆动时间比，ω表示所述鱼体摆动频率，α表示所述旋转角度，β为中间变量；

当所述CPG模型达到稳定状态时，b趋近于B，m趋近于M。

进一步地，实时获取所述机器鱼周围的障碍物信息，根据所述障碍物信息查询避障规则库得到所述鱼体摆动幅度、鱼体摆动频率、鱼体摆动偏移值、鱼体摆动时间比。

进一步地，还包括PID模型，实时获取所述机器鱼的偏航角，所述PID模型根据所述偏航角与目标偏航角的偏差实时调整所述鱼体摆动偏移值以控制所述机器鱼定向巡游。

为了实现上述目的二，本发明提供一种机器鱼，包括头部、尾部以及若干个依次铰接的关节，所述头部与第一个关节铰接，所述尾部与最后一个关节铰接；所述头部包括支架、拉线机构，所述拉线机构包括安装于所述支架上的卷轮、卷绕于所述卷轮两侧的第一拉线、第二拉线，所述第一拉线、第二拉线的一端均固定连接所述卷轮，所述第一拉线、第二拉线的另一端分别依次穿过所述支架两侧、各关节两侧并固定连接所述尾部两侧，所述支架上设有连接所述卷轮的第一舵机，所述支架上设有电性连接所述第一舵机的控制电路板；所述控制电路板实现上述的CPG控制方法。