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第1章 机器人概述 1

1.1 了解机器人 1

1.1.1 机器人的发展史 1

1.1.2 机器人的定义 10

1.1.3 机器人的分类 11

1.1.4 机器人与人类社会 14

1.2 仿生机器人 16

1.2.1 仿生机器人的定义与分类 17

1.2.2 仿生机器人的特点与应用 22

1.2.3 仿生机器人的现状与趋势 24

第2章 水中机器人概述 29

2.1 水中机器人简介 29

2.1.1 水中机器人的定义与分类 29

2.1.2 国内外水中机器人的研究现状 42

2.1.3 水中机器人的研究内容 47

2.1.4 水中机器人的发展展望 50

2.1.5 水中机器人的研究目的和意义 51

2.2 水中机器人的应用 52

2.2.1 水中机器人的技术应用 52

2.2.2 水下搜救 53

2.2.3 生物科考 54

2.2.4 水下检测 60

2.3 单片机在机器人中的应用 60

2.3.1 单片机的概念 61

2.3.2 单片机在机器人中的应用 62

2.3.3 机器鱼所用AVR单片机简介 65

第3章 水中仿生机器人系统实现 68

3.1 水中仿生机器人系统总体设计 68

3.1.1 机器鱼推进运动设计原理 68

3.1.2 机器鱼的控制系统结构 70

3.2 水中仿生机器人硬件实现 72

3.2.1 机器鱼硬件概述 72

3.2.2 机器鱼硬件原理图及介绍 73

3.3 水中仿生机器人软件实现 80

3.3.1 机器鱼软件设计流程 80

3.3.2 机器鱼控制平台简介 81

3.3.3 机器鱼手机控制平台 93

3.4 水中仿生机器人机械系统 97

3.4.1 机器鱼的摆动部分 97

3.4.2 机器鱼结构参数优化 105

3.4.3 机器鱼防水设计 106

3.4.4 基本软件SolidWorks简介 106

第4章 水中仿生机器人运动实现 109

4.1 水中仿生机器人运动模式分类 109

4.1.1 按鱼类游动推进模式的分类 109

4.1.2 按机器鱼驱动方式的分类 110

4.2 水中仿生机器人运动原理 111

4.2.1 鱼类波状游动的受力分析 111

4.2.2 鱼体游动的运动学模型 112

4.2.3 鱼体波动方程改进 116

4.2.4 机器鱼结构参数优化 116

4.3 水中仿生机器人倒游运动 117

4.3.1 机器鱼结构 117

4.3.2 机器鱼运动学分析 118

4.4 水中仿生机器人运动控制研究 121

4.4.1 机器鱼游动速度控制 121

4.4.2 机器鱼游动方向控制 125

4.4.3 机器鱼游动加速度控制 130

4.5 水中仿生机器人顶球算法 131

4.5.1 基础算法 131

4.5.2 相切圆顶球算法 132

4.5.3 基于位置的顶球算法 133

4.5.4 基于区域的顶球算法 134

4.5.5 弦端点法顶球算法 136

4.6 基于舵机的水中仿生机器人运动实现 139

4.6.1 概述 139

4.6.2 舵机的组成 139

4.6.3 舵机的规格和选型 140

4.6.4 舵机的控制原理 142

4.6.5 PWM波的产生及控制 143

4.7 水中仿生机器人运动参数简介 144

4.7.1 机器鱼运动参数设置 145

4.7.2 机器鱼初始化参数设置 146

4.8 水中仿生机器人运动的无线控制 147

4.8.1 RF001通信模块的基本性能及特点 147

4.8.2 RF001通信模块的使用 148

4.8.3 机器鱼数据发送 150

4.8.4 机器鱼控制协议 151

4.8.5 机器鱼无线控制代码 151

第5章 水中仿生机器人避障实现 152

5.1 水中仿生机器人避障简介 152

5.1.1 机器鱼避障传感器选择 152

5.1.2 机器鱼避障策略 153

5.2 模拟量红外传感器简介 154

5.2.1 模拟量红外传感器的原理 154

5.2.2 模拟量红外传感器的使用 155

5.3 开关型红外传感器简介 158

5.3.1 开关型红外传感器的原理 158

5.3.2 开关型红外传感器的使用 158

5.4 水中仿生机器人避障实现 160

5.4.1 开关型红外避障实现 160

5.4.2 SHARP红外避障实现 162

5.5 上升下潜 164

5.5.1 上升下潜的原理 164

5.5.2 上升下潜的实现 168

第6章 面向工程应用的单关节机器鱼 170

6.1 概述 170

6.1.1 开发背景 170

6.1.2 产品结构 170

6.1.3 功能结构 171

6.1.4 产品特点 172

6.2 单关节机器鱼的组成与组装 172

6.2.1 单关节机器鱼的组成 172

6.2.2 单关节机器鱼的组装流程 173

6.3 单关节机器鱼控制平台的使用 176

6.3.1 WiFi连接 176

6.3.2 基本控制功能 177

6.3.3 初始化设置功能 177

6.3.4 关节调直功能 178

6.3.5 充电功能 179

6.4 单关节机器鱼程序烧写 179

6.4.1 熔丝位配置 179

6.4.2 BootLoader实现 181

参考文献 187