基于IPMC和舵機(jī)混合驅(qū)動(dòng)的微型仿生機(jī)器魚的研究.pdf

1、在地球上，海洋面積占了總面積的70％，隨著人類對(duì)自然資源需求的不斷增加和陸地資源的日益枯竭，人們必然要把目光轉(zhuǎn)向具有巨大開發(fā)價(jià)值的海洋資源。為了開發(fā)海洋資源，各種仿生水下機(jī)器人必然將會(huì)得到迅猛的發(fā)展。而魚類依靠身體和魚鰭的協(xié)調(diào)擺動(dòng)在水中游動(dòng)時(shí)所表現(xiàn)出的高效率、低能耗、低噪音以及高機(jī)動(dòng)性能是其他任何以螺旋槳為推進(jìn)方式的人造水面和水下運(yùn)載器所無(wú)法比擬的。因此仿魚形水下機(jī)器人必然將有更廣闊的應(yīng)用前景。
　　目前，大部分仿生機(jī)器魚依靠傳統(tǒng)

2、的電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。雖然傳統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有驅(qū)動(dòng)力強(qiáng)，并且控制技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在著效率低、噪聲大、高能耗以及機(jī)動(dòng)性不好等缺點(diǎn)。研究者們一直都在不斷的尋求新的靈感方向，于是隨著科技的進(jìn)步，一批基于智能材料的仿生機(jī)器魚就不斷的涌現(xiàn)了出來(lái)。與傳統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式相比，基于新型智能材料驅(qū)動(dòng)的機(jī)器魚具有體積小、噪聲小、低能耗和機(jī)動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)。
　　IPMC(Ion-exchange polymer metal composites)作為一種

3、新型的智能材料，它的高應(yīng)變響應(yīng)、低驅(qū)動(dòng)電壓以及親水性，使其很適合應(yīng)用于仿生游動(dòng)機(jī)器人的研究。本文以IPMC材料和微型舵機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器，設(shè)計(jì)了一種混合驅(qū)動(dòng)的小型游動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)。然后在基本遺傳算法基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，采用改進(jìn)的遺傳算法進(jìn)行路徑規(guī)劃，為仿生機(jī)器魚規(guī)劃出一條最優(yōu)路徑。應(yīng)用PROTEUS軟件對(duì)微型仿生機(jī)器魚控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，并驗(yàn)證驅(qū)動(dòng)電路的正確性。然后建立舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和IPMC驅(qū)動(dòng)模塊的動(dòng)力學(xué)模型，并分別對(duì)這兩種驅(qū)動(dòng)方式的推進(jìn)過(guò)程進(jìn)