仿鱼形水下机器人控制系统的研究与设计

摘要

人类用科学方法进行海洋科学考察已经有了100多年的历史了，海洋能源资源、生物资源等的大量开发和海洋军事战略日益凸显，蓝色经济的呼声也越将强烈。随之对具有良好性能潜水装置如，仿生鱼，水下机器人，潜水器等被推到了科研的前列，成为国内外研究的热点。
　　本论文基于一种新型水下推荐装置的水下机器人，对其控制系统进行了研究和设计。主要研究的内容如下:
　　介绍了仿鱼形水下机器人总体机械结构并对其直线运动、转向运动、上升下潜等进行整体的分析，重点对尾部的运动抽象为数学模型，进行运动学分析。针对仿生机器人运动特点以及后续的研发，设计了基于STM32微处理作为下位机的主控制系统并选择了AX-12数字舵机作为驱动部分。然后介绍了一种三轴加速度传感器和HC-05嵌入式蓝牙串口通讯模块。根据加速度传感器测量倾角的原理，应用C语言程序代码对其进行算法的实现，实时采集水下人的平衡状态，通过无线蓝牙模块传输给上位机。
　　利用移动智能终端来实现机器人的远程监控制成为一种发展的趋势，本课题的上位机设计基于Android蓝牙的智能手机应用程序，为了开发上位机应用程序详细介绍了Android系统的平台搭建，设计出本系统手机端软件的程序界面，并以实现我们的功能为最大目标。与传统的计算机监控系统比较，灵活性、可移动性高而且易于使用。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 仿生机器鱼技术的研究概况

1．3 论文的研究内容及章节安排

2 仿鱼形水下机器人总体机械结构介绍及运动学分析

2．1 鱼类的形态生物学

2．2 仿鱼形水下机器人的机械组成

2．3 运动机构的主要部分

2．4 水下机器人的密封和配重

2．5 水下机器人的运动学分析

2．6 本章小结

3 仿鱼形水下机器人控制系统硬件的设计

3．1 引言

3．2 硬件设计整体方案

3．3 舵机的性能介绍及通信参数设置

3．4 下位机系统设计

3．5 本章小结

4 基于Android上位机系统开发环境搭建

4．1 引言

4．2 Android系统框架

4．3 Android开发包及其工具的安装和配置

4．4 本章小结

5 仿鱼形水下机器人控制系统软件设计

5．1 引言

5．2 下位机软件的实现

5．3 基于安卓系统的上位机实现

5．4 本章小结

6 仿鱼形水下机器人的水下实验

6．1 引言

6．2 机器鱼实验系统

6．3 水下实验

6．4 本章小结

7 结论和展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文专利情况