仿生机器鱼原理及应用

由于水环境的恶劣性、复杂性、高度的腐蚀性、强压力和对传感器的不透明性，这使得水环境下的作业任务发生了很大变化，一般的潜水技术已无法适应现代高深度综合考察、研究以及完成各种作业和应用的需要。鱼类经过长期的自然选择，进化出性能完备的游动机能和器官，为人类研制新型水下推进控制系统提供了模仿对象。本书就机器鱼的仿生原理、动态建模以及设计，并就机器鱼的控制策略以及机器鱼群的协同调度进行了深入的探讨。可广泛应用于军事领域、海洋探险、水下考古以及娱乐领域。

沈艳，女，成都信息工程大学教授，完成the U.S. National Science Foundation 、"863”计划、国家自然科学基金、总装备部、总参谋部、四川省科技厅、广东省产学研项目等国家、省部级科研项目以及企事业委托项目20余项，在《NeuroComputing》、《计算机学报》等杂志及靠前会议上发表学术论文50余篇，其中SCI检索6篇，EI检索30篇，曾获 ICESS2008很好论文奖，出版学术专著1部，教材4部，授权10项国家专利，多种学术刊物审稿人。

第1章绪论（1）
1.1仿生机器鱼研究的背景（1）
1.2仿生机器鱼的发展与现状（4）
1.2.1仿生机器鱼系统研制（5）
1.2.2仿生机器鱼推进机理研究（11）
1.2.3仿生机器鱼控制方法研究（12）
1.2.4多仿生机器鱼协调与协作研究（13）
1.3仿生机器鱼的研究内容（15）
1.4本书的主要工作及组织结构（16）
1.5小结（17）
参考文献（17）
第2章鱼类游动机理（23）
2.1引言（23）
2.2鱼类鱼鳍描述（24）
2.3鱼类推进模式（25）
2.4鲹科模式推进机理（27）
2.5小结（29）
参考文献（29）
第3章仿生机器鱼动态建模（31）
3.1引言（31）
3.2仿生机器鱼运动学模型（31）
3.2.1尾鳍的运动学模型（31）
3.2.2机器鱼运动学模型（32）
3.3仿生机器鱼动力学建模（34）
3.3.1仿生机器鱼受力分析（34）
3.3.2仿生机器鱼动力学模型（35）
3.3.3仿真及实验验证（41）
3.4仿生机器鱼能耗建模（48）
3.4.1仿生机器鱼能耗分析（48）
3.4.2能耗测量主要技术手段（49）
3.4.3仿生机器鱼能耗模型（52）
3.5小结（62）
参考文献（62）
第4章仿生机器鱼机总体设计（66）
4.1引言（66）
4.2仿生机器鱼总体方案设计（66）
4.3仿生机器鱼机械结构设计（68）
4.3.1现有机器鱼机构比较和分析（68）
4.3.2机器鱼鱼体设计（70）
4.3.3机器鱼尾鳍设计（71）
4.3.4机器鱼重心调节（72）
4.3.5机器鱼制作（73）
4.4仿生机器鱼硬件设计（75）
4.4.1主控制模块（77）
4.4.2运动模块（80）
4.4.3感知模块（84）
4.4.4无线通信模块（85）
4.4.5供电模块（86）
4.5仿生机器鱼软件设计（89）
4.5.1机器鱼软件设计（89）
4.5.2上位机软件设计（104）
4.6机器鱼的典型应用（107）
4.6.1机器鱼在水环境监测中的应用（107）
4.6.2盐湖环境的多机器鱼应用（114）
4.7小结（115）
参考文献（115）
第5章仿生机器鱼运动控制策略（120）
5.1引言（120）
5.2仿生机器鱼的基本运动控制方法（121）
5.2.1速度控制方法（121）
5.2.2游动方向控制方法（122）
5.2.3点到点控制方法（122）
5.3仿生机器鱼的运动控制方法（123）
5.3.1基于PID的控制方法（123）
5.3.2基于模糊的控制方法（126）
5.3.3基于智能算法的控制方法（130）
5.3.4基于能量考虑运动控制方法（134）
5.4小结（138）
参考文献（138）
第6章多机器鱼协调与协作技术（142）
6.1引言（142）
6.2机器鱼节点模型（143）
6.2.1感知模型（143）
6.2.2通信模型（146）
6.2.3运动模型（147）
6.3多仿生机器鱼能量有效的任务分配（147）
6.3.1粒子群优化算法（148）
6.3.2任务分配数学描述（151）
6.3.3仿真实验（153）
6.4基于Bezier曲线的多仿生机器鱼路径跟踪（156）
6.4.1Bezier曲线（156）
6.4.2Bezier曲线路径跟踪（157）
6.4.3实验结果与分析（159）
6.5基于虚拟力的多机器鱼群避碰避障（160）
6.5.1人工势场法（160）
6.5.2机器鱼虚拟力分析（160）
6.5.3仿真实验（163）
6.6多机器鱼能量有效的目标跟踪（166）
6.6.1目标运动模型（166）
6.6.2测量模型（167）
6.6.3机器鱼调度算法设计（167）
6.6.4仿真实验（169）
6.7多机器鱼编队控制（173）
6.7.1队形控制（173）
6.7.2任务描述（176）
6.7.3一致性编队算法（179）
6.7.4仿真与实验（179）
6.8小结（181）
参考文献（182）