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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