基于嵌入式系统的机器鱼及其远程控制平台的设计与实现

摘要

水下仿生机器人是目前世界上很多国家争相投入的前沿技术领域，美国、日本和欧洲等国家和地区在这一领域开展了大规模的研究，在鱼体运动特征等方面取得了很多研究成果，各种仿真模型和运动实体相继被设计和研发。随着研究的不断深入，对水下机器人的自主能力要求越来越高。本文以仿生机器鱼为研究对象，着重提高其自主性能，设计了基于嵌入式系统的自主视觉机器鱼及远程控制平台。本文主要研究成果如下：
　　第一，通过对自主鱼基本结构的分析和控制原理的研究，完成了自主鱼各个部分的方案设计及论证，主要包括嵌入式主控系统，图像采集与处理，自主鱼无线通信系统和定位系统，最后形成嵌入式自主机器鱼的总体设计方案。
　　第二，完成了嵌入自主机器鱼的硬件系统设计。以ARM9主控系统为核心，外围电路包括视觉模块、图像处理模块、执行机构、通信模块、系统电源、充电电流和电池电压检测及过流保护、漏水检测和红外测距等。
　　第三，在嵌入式Linux环境下，采用多线程技术完成自主机器鱼的软件设计。这部分涉及到上层软件和底层驱动，主要包括视频数据的采集与传输、图像处理、网络通信系统、无线网卡接口的设计、舵机驱动和测距软件设计等。
　　第四，自主机器鱼的运动控制系统设计。基于仿生学和智能控制，为自主鱼设计了基于CPG的运动控制模型和多种运动模态，使其能够在三维空间内灵活运动，包括直游、后退、转弯、上升和下潜等，并能够在多种模态下实现平滑切换，最后基于红外测距方法实现自主鱼的避障。
　　第五，基于网络的自主鱼远程控制实验平台设计。以自主鱼为服务器、监控室内的PC机为客户端，实现对自主鱼所在的水下环境的检测。设计完成远程监控平台的界面，通过监控平台能够实时对自主鱼进行远程控制，最后对系统进行性能测试，通过实验对系统的设计方法进行了验证。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

主要符号说明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 自主仿生机器鱼的研究意义

1.3 国内外仿生机器鱼的研究现状

1.4 选题背景和本文主要工作

第二章 嵌入式自主鱼的总体设计

2.1 嵌入式系统

2.2 嵌入式自主鱼的基本结构

2.3 自主机器鱼的控制原理

2.4 嵌入式自主鱼方案比较及总体设计

2.5 总体方案

第三章 嵌入式自主鱼的硬件设计

3.1 引言

3.2 嵌入式自主鱼的硬件系统设计

5.3 自主鱼的运动控制

5.4 自主鱼的避障

5.5 本章总结

第六章 基于网络的自主鱼远程控制平台

6.1 前言

6.2 视频图像的传输

6.3系统网络通信设计

6.4 远程监控平台的界面设计

6.5 性能测试系统实验

6.6 本章总结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文

致谢