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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