仿生两栖机械蟹控制系统的设计与实现

论文摘要

随着海洋经济的发展,人们迫切需要一种既可以在滩涂或海底作业又可以在水中长期作业的多用途两栖机器人。因此,如何利用水下机器人安全、高效的完成水下资源探测、安全巡查等任务成为当前热门研究方向。仿生型水下机器人具备噪音小、隐蔽性好、游进效率高等优点,具有更加广阔的研究前景。而在众多水下生物中,海蟹游动和触底行走的优越性成为了水下仿生机器人的首选仿生对象。仿生两栖机械蟹更适合成为自动控制和机器人学等交叉学科研究的对象,所以越来越多的研究人员开始了对仿生两栖机械蟹的研究。本文的研究内容来自国家自然科学基金项目“新概念仿生两栖机器蟹关键技术研究”课题的一部分。论文的研究内容是通过对海蟹结构的仿生研究,研制出第一代仿生两栖机械蟹样机,对第一代样机的控制系统进行设计实现。首先,对生物海蟹的结构进行了仿生研究,选取了关节舵机的型号并进行了稳定性分析,这是保证整个控制系统精度的前提。再根据海蟹的生物结构和关节舵机的尺寸对机械蟹样机的机械结构进行了设计,并对控制系统整体方案进行了规划。其次,对仿生两栖机械蟹的控制系统硬件进行了设计。通过对上位机主控制器,下位机舵机驱动器,通信接口电路,传感器信号采集电路以及人机交互设备接口电路的设计,实现了控制系统各硬件之间的通信和无线通信功能,并且实现了外界感知信号的采集。再次,对仿生两栖机械蟹的控制系统软件进行了设计。通过对通信协议的定义实现了指令的生成,完成了机械蟹的通信功能。通过对STM32定时器的控制产生20路PWM控制信号,实现了关节舵机的控制。通过对机械蟹感知系统的软件设计实现了机械蟹的自动避障,红外感测以及机身倾角感知功能。最后,进行了仿生两栖机械蟹控制系统的硬件可行性测试,完成了各通信模块的功能测试。并对机械蟹样机的自动避障,红外防跌落以及机身倾角感知功能进行了测试,最终对机械蟹进行了水下测试。经过测试,仿生两栖机械蟹的控制系统满足预期要求,能够实现自动避障,红外防跌落以及机身倾角感知等功能,并且可以实现无线控制功能,达到了预期设计目标。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李天龙

导师: 杜建铭

关键词: 仿生,两栖机械蟹,通信协议,控制系统

来源: 深圳大学

年度: 2019

分类: 基础科学,医药卫生科技,信息科技

专业: 生物学,生物学,生物医学工程,自动化技术

单位: 深圳大学

基金: 国家自然科学基金项目,项目名称:新概念仿生两栖机器蟹关键技术研究,项目时间:2018.01.01-2021.12.31

分类号: Q811;TP273

总页数: 80

文件大小: 9207K

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标签：仿生论文;  两栖机械蟹论文;  通信协议论文;  控制系统论文;