两类仿鲹科机器鱼倒游运动控制方法的对比研究

本文刊于: 《自动化学报》 年第期

关键词:
仿生机器鱼 倒游控制 中枢模式发生器 鱼体波 对比研究

两类仿鲹科机器鱼倒游运动控制方法的对比研究
摘要
     给出并比较了两类分别采用鱼体波动方程和中枢模式发生器 (Central pattern generator, CPG) 控制仿鲹科机器鱼倒游运动的方法. 前者主要通过修改鱼体波动方程、颠倒机器鱼各个关节的控制规律来实现鱼体倒游; 后者则基于 CPG 模型,产生各个关节的节律控制信号. 基于 CPG 的倒游方法可进一步细分为两种: i) 相位颠倒的 CPG 控制方法, 即通过逆转 CPG控制机器鱼直游的相位关系; ii) 相位-幅值颠倒的 CPG 控制方法, 即通过逆转鱼体波的传播方向和摆动幅值来实现机器鱼倒游. 文中针对这两大类、三种机器鱼倒游运动控制方法进行了分析、仿真和实验. 实验结果表明: 在相同参数配置下, 采用相位颠倒的 CPG 控制方法产生的倒游速度最大, 但游动对水的扰动也最大; 而采用鱼体波倒游和相位-幅值颠倒的 CPG 控制方法时, 两者产生的最大倒游速度相差不大, 扰动较小. 此外, 采用鱼体波倒游方法在频率切换时会有抖动现象, 需要设计专门的过渡函数来消除; 而采用 CPG 模型的方法则可以实现平滑过渡. 上述结果对提高水下游动机器人的机动性能具有重要的指导意义.

基金项目:
国家自然科学基金(61075102),北京市自然科学基金(4102063,4122084)资助

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