[发明专利]一种鱼形仿生水下机器人及其控制方法

权利要求书

1.一种鱼形仿生水下机器人，其特征在于，包括密封壳体(1)，所述壳体的背部连接有背鳍(2)、尾部连接有尾鳍(3)、底部连接有臀鳍(4)、左右两侧连接有胸鳍(5)；所述尾鳍设有一对，于壳体左右两侧对称设置，所述机器人游动时，两尾鳍同步反向运动；所述背鳍、臀鳍和胸鳍包括鳍片本体(6)、与鳍片本体形状相仿的硅薄片(7)、沿硅薄片铺设的人工肌肉(8)和填充于鳍片本体内的聚苯乙烯氯化物(9)；所述人工肌肉在通电的情况下能够驱动鳍片本体展开，在断电的情况下能够驱动鳍片本体贴附于所述壳体外侧；

所述人工肌肉由纤维状制动器Bio Metal Fiber 150制成；

所述尾鳍通过尾鳍驱动装置(10)与所述壳体连接，所述尾鳍驱动装置包括：设于壳体内的伺服电机(11)、设于壳体外的与尾鳍连接的连接板(12)，所述连接板通过可变向传动机构(13)与伺服电机传动连接；

所述胸鳍、背鳍和臀鳍通过伸展和收缩实现机器人换向；两尾鳍通过尾鳍驱动装置驱动为机器人提供驱动力。

2.根据权利要求1所述的鱼形仿生水下机器人，其特征在于，所述壳体由两个半壳体密封扣合而成。

3.一种权利要求1或2所述的鱼形仿生水下机器人的控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

接收控制指令，结合鱼形仿生水下机器人的传感器信息，确定胸鳍、背鳍、臀鳍和尾鳍的CPG模型和参数；

根据所确定的CPG模型发送节律驱动信号，以控制相应鳍片运动；

对于胸鳍、背鳍、臀鳍所确定的CPG模型分别如下：

上式中，u(t)和d(t)分别为接收到的上升信号和下潜信号，2个信号为互斥关系，！u(t)和！d(t)是分别对u(t)和d(t)信号取非；

l(t)和r(t)分别为左转信号和右转信号，2个信号为互斥关系，！l(t)和！r(t)是分别对l(t)和r(t)信号取非；

x_i(t)为鳍片i对应的CPG模型的输出幅值状态变量，A_i为鳍片i对应的CPG模型的固定幅值；t_i为鳍片i对应的时间信号；i＝1时，代表臀鳍；i＝2时，代表左胸鳍；i＝3时，代表右胸鳍；i＝4时，代表背鳍；

对于尾鳍所确定的CPG模型如下：

式中：i，j＝5，6且i≠j，i为5时，j为6，i代表对应的右尾鳍，j代表对应的左尾鳍；i为6时，j为5，i代表对应的左尾鳍，j代表对应的右尾鳍；n为整数，范围为1～6，分别对应臀鳍、左胸鳍、右胸鳍、背鳍、右尾鳍和左尾鳍；θ_i(t)和θ_j(t)分别表示鳍片i和鳍片j对应的CPG模型输出相位的状态变量；r_i(t)和r_j(t)分别表示鳍片i和鳍片j对应的CPG模型输出幅值的状态变量；t表示时间刻度；和分别为θ_i(t)和r_i(t)的一阶导数，为r_i(t)的二阶导数；f_i为鳍片i对应的CPG模型的固有频率；A_i表示固有幅值，即最终r_i(t)的收敛值；α_i表示幅值r_i(t)收敛于A_i的速度；w_ij表示鳍片j对应的CPG模型对鳍片i对应的CPG模型的耦合权重，若w_ij＝0表示两CPG模型之间无耦合关系；表示鳍片j对应的CPG模型和鳍片i对应的CPG模型之间的相位关系；x_i(t)表示鳍片i对应的CPG模型的最终幅值输出。