[发明专利]二自由度仿生机器鱼携带目标的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器鱼控制方法，特别是涉及一种二自由度仿生机器鱼携带目标的控制方法。

背景技术

仿生机器鱼是通过模仿鱼类的游动机理，实现水中作业的一种机器鱼。它广泛应用于军事侦察，海洋勘探，管道检测，寻找污染源等方面，因此对仿生机器鱼的研究有重要的意义。

文献“基于坐标变换的机器鱼顶球算法，兵工自动化，2012，Vol.31(11),p73-79”在分析典型顶球算法的基础上，考虑影响进球的客观因素，提出了一种基于坐标变换的机器鱼控制方法。该方法秉承以头顶球为主的进攻模式，最大限度地利用机器鱼尾巴和身体击球。根据机器鱼、球以及对方球门的坐标几何位置关系设计动作决策机制，来选择机器鱼动作。大大提高了机器鱼带球进攻的效率。基于此思路，该文提出的新型顶球算法。部分解决了基本顶球算法运用于实际机器人水球比赛中存在的问题。文献所述方法仅针对机器鱼，球以及球门坐标几何关系进行了动作决策设计，并没有考虑实际情况下，鱼与目标之间的动力学问题，也无法保证机器鱼携带目标的精确性。

综上所述，现有的机器鱼携带目标方法尚未建立机器鱼与目标之间的动力学关系，未采取有效手段保证携带目标的精确性，具有一定的局限性。

发明内容

为了克服现有机器鱼控制方法精确度差的不足，本发明提供一种二自由度仿生机器鱼携带目标的控制方法。该方法通过采集机器鱼及其所携带目标的状态参数，建立极坐标系。构建力学模型，建立机器鱼携带目标的运动学方程和动力学方程，确立控制参量与机器鱼速度和角速度的关系，根据理想的携带目标的状态，生成优化控制方法。并根据实验得到最终的速度和角速度的最优输出值。该方法采用客观精确的运动学方程，动力学方程确定约束条件，综合考虑了运动快速性、稳定性和精确性的要求，实时性好，精确程度高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种二自由度仿生机器鱼携带目标的控制方法，其特点是采用以下步骤：

步骤一、以二自由度仿生机器鱼鱼体质心为坐标原点，以二自由度仿生机器鱼鱼体正方向为极轴正方向建立极坐标系，确定平面极坐标运动方程。

θ·=-ω+υ·sinθ/ρρ·=-υ·cosθ---(1)]]>

式中，(ρ,θ)为目标点的坐标，υ为二自由度仿生机器鱼质心的线速度大小，ω为二自由度仿生机器鱼绕质心角速度大小。

步骤二、以目标中心O为极点，以由携带目标的终点Destination指向O的方向为极轴，建立极坐标系。计算二自由度仿生机器鱼鱼头坐标H(ρ_H,α_H)，体心坐标B(ρ_B,α_B)，O到Destination得距离D_OD，以及体轴方向角α_F。所有角度都转换到(-π,π]区间内。

步骤三、构建力学模型，根据平面极坐标运动学方程，得