基于攻角法的仿生机器鱼定深控制方法和装置制造方法及图纸

本申请提供一种基于攻角法的仿生机器鱼定深控制方法和装置，属于机器鱼控制技术领域。若仿生机器鱼在当前时刻的第一深度不在预设深度范围内，则根据惯性传感器获取到的仿生机器鱼在当前时刻的俯仰角和仿生机器鱼胸鳍在上一时刻的第一偏转角度确定当前时刻的实际胸鳍攻角，根据实际胸鳍攻角和第一期望胸鳍攻角将第一偏转角度调节为第二偏转角度，使得仿生机器鱼通过上浮运动或下潜运动向预设深度范围运动；仿生机器鱼在预设深度范围内运动期间，根据深度传感器获取到的仿生机器鱼在当前时刻的第二深度和预设深度调节胸鳍在当前时刻的第四偏转角度，以实现定深巡游。本申请提供的方法可以解决现有的定深控制方法调节过程繁琐、实时性差的问题。实时性差的问题。实时性差的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于攻角法的仿生机器鱼定深控制方法和装置


[0001]本申请涉及机器鱼控制
，尤其涉及基于攻角法的仿生机器鱼定深控制方法和装置。

技术介绍

[0002]仿生机器鱼是一种水下移动机器人，具有推进效率高、机动性强、隐蔽性能好等优点，已广泛应用于海底勘测、军事侦察、海洋生物研究、水质监测等复杂环境中的水下作业。深度控制是仿生机器鱼完成水下作业所需的基本能力之一，包括上浮控制、下潜控制和巡游控制等。现有的深度控制方法包括形状改变法、储水仓法、重心调节法等，这些方法需要仿生机器鱼调整自身结构或者通过吸水、放水的方式调节自身体积才能实现深度控制，调节的过程比较繁琐，导致方法的实时性较差。

技术实现思路

[0003]本申请提供一种基于攻角法的仿生机器鱼定深控制方法和装置，可以解决现有的仿生机器鱼定深控制方法的调节过程繁琐、实时性较差的问题。
[0004]第一方面，本申请实施例提供了一种基于攻角法的仿生机器鱼定深控制方法，该方法包括：
[0005]当仿生机器鱼在当前时刻的第一深度不在预设深度范围内时，获取仿生机器鱼在当前时刻的俯仰角，以及仿生机器鱼的胸鳍在上一时刻的第一偏转角度；根据第一偏转角度和俯仰角确定仿生机器鱼在当前时刻的实际胸鳍攻角；根据第一深度与预设深度范围的相对位置关系，确定第一期望胸鳍攻角，第一期望胸鳍攻角用于使仿生机器鱼的俯仰力矩大于或等于第一阈值；根据实际胸鳍攻角和第一期望胸鳍攻角将第一偏转角度调节为第二偏转角度，以使仿生机器鱼向预设深度范围运动；
[0006]当仿生机器鱼从第一深度运动至预设深度范围的边界时，将第一期望胸鳍攻角和胸鳍的第三偏转角度均调节为0，之后，仿生机器鱼在预设深度范围内运动期间，根据仿生机器鱼在当前时刻的第二深度和预设深度调节胸鳍在当前时刻的第四偏转角度，预设深度在预设深度范围内。
[0007]基于本申请提供的仿生机器鱼定深控制方法，根据第一深度与预设深度范围的相对位置关系，可以确定仿生机器鱼应当下潜还是上浮。根据当前时刻的俯仰角以及胸鳍在上一时刻的第一偏转角度确定仿生机器鱼在当前时刻的实际胸鳍攻角，利用实际胸鳍攻角和第一期望胸鳍攻角可以对第一偏转角度进行调节。通过对胸鳍偏转角度的实时调节，可以调整仿生机器鱼的俯仰角以及运动方向，进而对实际胸鳍攻角进行调节使其趋近于第一期望胸鳍攻角，使得仿生机器鱼可以产生较大的俯仰力矩，从而缩短仿生机器鱼从第一深度向预设深度范围运动的路径，减小仿生机器鱼从第一深度到预设深度范围之间的时间，进而提高定深控制方法的实时性。
[0008]可选地，根据实际胸鳍攻角和第一期望胸鳍攻角将第一偏转角度调节为第二偏转
角度，包括：确定实际胸鳍攻角和第一期望胸鳍攻角的胸鳍攻角误差与胸鳍攻角误差变化率；利用与相对位置关系对应的预设的第一模糊控制表对胸鳍攻角误差和胸鳍攻角误差变化率进行模糊控制处理，得到实际控制增量；根据实际控制增量对第一偏转角度进行调节，得到当前时刻胸鳍的第二偏转角度。
[0009]基于上述可选地方式，在仿生机器鱼运动的过程中，实际胸鳍攻角会受到周围水流、运动姿态等因素的影响。利用模糊控制算法在处理非线性控制和不确定性方面的优势，对实际胸鳍攻角和第一期望胸鳍攻角之间的胸鳍攻角误差与胸鳍攻角误差变化率进行处理，得到实际控制增量，以对第一偏转角度进行实时调节，可以提高仿生机器鱼定深控制的准确度。
[0010]可选地，俯仰力矩包括俯力矩和仰力矩；若第一深度小于预设深度范围的最小值，则第一期望胸鳍攻角用于使仿生机器鱼的俯力矩大于或等于第一阈值，第一模糊控制表为用于控制仿生机器鱼进行下潜运动的下潜模糊控制表；若第一深度大于预设深度范围的最大值，则第一期望胸鳍攻角用于使仿生机器鱼的仰力矩大于或等于第一阈值，第一模糊控制表为用于控制仿生机器鱼进行上浮运动的上浮模糊控制表。
[0011]可选地，根据仿生机器鱼在当前时刻的第二深度和预设深度调节胸鳍在当前时刻的第四偏转角度包括：确定仿生机器鱼在当前时刻的第二深度和预设深度的深度误差与深度误差变化率；利用预设的第二模糊控制表对深度误差和深度误差变化率进行模糊控制处理，得到胸鳍在当前时刻的第四偏转角度。
[0012]可选地，定深控制方法还包括：仿生机器鱼从第一深度向预设深度范围运动期间，调节仿生机器鱼的尾鳍的摆动频率和摆动幅度，将仿生机器鱼的运动速度设为第一速度；仿生机器鱼在预设深度范围内运动期间，将第一速度调节为第二速度，第二速度小于第一速度。
[0013]基于上述可选地方式，尾鳍的摆动频率和摆动幅度会影响仿生机器鱼的运动速度，尾鳍周期性的摆动可以为仿生机器鱼提供推力，通过尾鳍和胸鳍的协同推进可以使仿生机器鱼快速地从第一深度向预设深度范围运动。
[0014]第二方面，本申请实施例提供了一种基于攻角法的仿生机器鱼定深控制装置，该装置包括：
[0015]获取单元，用于当仿生机器鱼在当前时刻的第一深度不在预设深度范围内时，获取仿生机器鱼在当前时刻的俯仰角，以及仿生机器鱼的胸鳍在上一时刻的第一偏转角度；
[0016]控制单元，用于根据第一偏转角度和俯仰角确定仿生机器鱼在当前时刻的实际胸鳍攻角，根据第一深度与预设深度范围的相对位置关系，确定第一期望胸鳍攻角，第一期望胸鳍攻角用于使仿生机器鱼的俯仰力矩大于或等于第一阈值，根据实际胸鳍攻角和第一期望胸鳍攻角将第一偏转角度调节为第二偏转角度，以使仿生机器鱼向预设深度范围运动；当仿生机器鱼从第一深度运动至预设深度范围的边界时，将第一期望胸鳍攻角和胸鳍的第三偏转角度均调节为0，之后，仿生机器鱼在预设深度范围内运动期间，根据仿生机器鱼在当前时刻的第二深度和预设深度调节胸鳍在当前时刻的第四偏转角度，预设深度在预设深度范围内。
[0017]可选地，根据实际胸鳍攻角和第一期望胸鳍攻角将第一偏转角度调节为第二偏转角度，包括：确定实际胸鳍攻角和第一期望胸鳍攻角的胸鳍攻角误差与胸鳍攻角误差变化
率；利用与所述相对位置关系对应的预设的第一模糊控制表对胸鳍攻角误差和胸鳍攻角误差变化率进行模糊控制处理，得到实际控制增量；根据实际控制增量对第一偏转角度进行调节，得到当前时刻胸鳍的第二偏转角度。
[0018]可选地，俯仰力矩包括俯力矩和仰力矩；若第一深度小于预设深度范围的最小值，则第一期望胸鳍攻角用于使仿生机器鱼的俯力矩大于或等于第一阈值，第一模糊控制表为用于控制仿生机器鱼进行下潜运动的下潜模糊控制表；若第一深度大于预设深度范围的最大值，则第一期望胸鳍攻角用于使仿生机器鱼的仰力矩大于或等于第一阈值，第一模糊控制表为用于控制仿生机器鱼进行上浮运动的上浮模糊控制表。
[0019]可选地，根据仿生机器鱼在当前时刻的第二深度和预设深度调节胸鳍在当前时刻的第四偏转角度包括：确定仿生机器鱼在当前时刻的第二深度和预设深度的深度误差与深度误差变化率；利用预设的第二模糊控制表对深度误差和深度误差变化率进行模糊控制处理，得到胸鳍在当前时刻的第四偏转角度。
[0020]第三方面，本申请实施例提供了一种计算机可读本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于攻角法的仿生机器鱼定深控制方法，其特征在于，所述方法包括：当仿生机器鱼在当前时刻的第一深度不在预设深度范围内时，获取所述仿生机器鱼在所述当前时刻的俯仰角，以及所述仿生机器鱼的胸鳍在上一时刻的第一偏转角度；根据所述第一偏转角度和所述俯仰角确定所述仿生机器鱼在所述当前时刻的实际胸鳍攻角，根据所述第一深度与所述预设深度范围的相对位置关系，确定第一期望胸鳍攻角，所述第一期望胸鳍攻角用于使所述仿生机器鱼的俯仰力矩大于或等于第一阈值，根据所述实际胸鳍攻角和所述第一期望胸鳍攻角将所述第一偏转角度调节为第二偏转角度，以使所述仿生机器鱼向所述预设深度范围运动；当所述仿生机器鱼从所述第一深度运动至所述预设深度范围的边界时，将所述第一期望胸鳍攻角和所述胸鳍的第三偏转角度均调节为0，之后，所述仿生机器鱼在所述预设深度范围内运动期间，根据所述仿生机器鱼在当前时刻的第二深度和预设深度调节所述胸鳍在当前时刻的第四偏转角度，所述预设深度在所述预设深度范围内。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述实际胸鳍攻角和所述第一期望胸鳍攻角将所述第一偏转角度调节为第二偏转角度，包括：确定所述实际胸鳍攻角和所述第一期望胸鳍攻角的胸鳍攻角误差与胸鳍攻角误差变化率；利用与所述相对位置关系对应的预设的第一模糊控制表对所述胸鳍攻角误差和所述胸鳍攻角误差变化率进行模糊控制处理，得到实际控制增量；根据所述实际控制增量将所述第一偏转角度调节为第二偏转角度。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述俯仰力矩包括俯力矩和仰力矩；若所述第一深度小于所述预设深度范围的最小值，则所述第一期望胸鳍攻角用于使所述仿生机器鱼的所述俯力矩大于或者等于所述第一阈值，所述第一模糊控制表为用于控制所述仿生机器鱼进行下潜运动的下潜模糊控制表；若所述第一深度大于所述预设深度范围的最大值，则所述第一期望胸鳍攻角用于使所述仿生机器鱼的所述仰力矩大于或者等于所述第一阈值，所述第一模糊控制表为用于控制所述仿生机器鱼进行上浮运动的上浮模糊控制表。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述仿生机器鱼在当前时刻的第二深度和预设深度调节所述胸鳍在当前时刻的第四偏转角度，包括：确定所述仿生机器鱼在当前时刻的第二深度和预设深度的深度误差与深度误差变化率；利用预设的第二模糊控制表对所述深度误差和所述深度误差变化率进行模糊控制处理，得到所述胸鳍在当前时刻的第四偏转角度。5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：所述仿生机器鱼从所述第一深度向所述预设深度范围运动期间，调节所述仿生机器鱼的尾鳍的摆动频率和摆动幅度，将所述仿生机器鱼的运动速度设为第一速度；所述仿生机器鱼在所述预设深度范围内运动期间，将所述第一速度调节为第二速度，所述第二速度小于所述第一速度。6.一种基于攻角法的仿生机器鱼定深控制装置，其特征在于，所述装置包括：获取单元，用于当仿生机器鱼在当前时刻的第一深度不在预设深度范围内...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿永清，左启阳，何凯，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：