仿生鳍条姿态测量及其控制研究

发布时间：2024-03-20 19:54

　　随着陆地资源日益枯竭,海洋环境资源的争夺越来越激烈,仿生机器鱼因其高效率、高机动性和低噪声的优点,在海洋环境资源探测和开发以及军事战争领域都占据了举足轻重的地位。本文以模仿鱼类游动方式设计的仿生鳍条为研究对象,围绕其姿态测量系统、姿态测量误差分析及处理和运动控制三方面进行研究。主要的内容如下:(1)对本文的研究对象仿生鳍条二维运动机构进行运动学分析,建立了仿生鳍条的基本运动方程和仿生鳍条与电机的运动转换方程,揭示了其运动规律,并通过运动学仿真,实现了对仿生鳍条运动形式直观的展示。(2)仿生鳍条姿态测量系统研究,定义了运动坐标系和仿生鳍条的运动姿态,提出了基于四元数法的仿生鳍条运动姿态实时更新算法。提出了基于MEMS陀螺仪的仿生鳍条姿态测量方案并对测量系统硬件和软件进行了详细设计,为监控仿生鳍条运动和建立反馈控制系统提供支撑和保障。(3)对姿态测量系统误差进行分析和处理,在分析姿态测量系统误差源的基础上,构建了仿生鳍条姿态测量系统误差简化模型。采用基于Allan方差分析的简化方法,得到了基于ADXRS453和ADXRS290的姿态测量系统中角速率随机游走系数R、量化噪声Q和零偏不稳定性B...

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.14所示，此仿生推进机构能够实现摆动和扭转的复合运动，

推进器可达到最大速度约1.5m/s，最大潜深约50m，在水至3小时。推进机构研究现状技的不断发展和进步，仿生机器鱼的研究越来越深入，也被设计出来。年，石河子大学王卫兵等[16]设计了一种新的仿生推进机构，实现陆地和水下的两栖运动。如图1.13所示，此两栖仿生/鳍肢机....

图1.16所示，该机

1.15中国科学技术大学设计了一种仿生推进机构，如图1面偏转关节仿生机构，主要由电机、万向节、尾鳍等度为15°，尾鳍最大摆动角度为30°，通过两个驱动电表明，此仿生推进机构水下推进最大速度可达0.60m有频繁的正反转切换，能提高推进的运动效率[19]。1.16

图2.6所示，电机与仿生鳍条的运动转换主要由局部放大部分完成，将仿生

11211sinsincospldlllφφ+（2.5）可知，在仿生鳍条的运动过程中，鳍条杆顶点的位方程，即仿生鳍条的基本运动方程为：11211cossincossinsinsinsincospppxlyldlzl....

图3.4给出了ADXRS系列MEMS陀

3.33.4ADXRSMEMS陀螺仪大部分利用科里奥利效应来测量角速度，通过内部谐振质元来模拟人在在旋转平台中的移动来实现。图3.4给出了ADXRS系列MEM螺仪典型的微机械结构：谐振质量块、检测电容、弹簧等。当陀螺仪转动时速度带来的科里奥利加速度会引起质量块产生....

本文编号：3933219