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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