● 摘要
机器鱼的视觉系统，对于增强机器鱼感知环境的能力和提高自主运动的能力起着重要的作用，对于扩展机器鱼的应用领域有着重要的意义。具备视觉功能的机器鱼具有广阔的发展空间和应用前景。本论文主要研究了一种基于视觉系统的小型仿生机器鱼。本课题的主要研究目标是，根据国内外仿生机器鱼以及移动式视觉导航机器人研究的现状，结合鱼类游动方式的研究成果和移动机器人视觉导航的基本原理，研制一种能够在水中以鱼类的方式游动，并且能够在视觉传感的导航下自主移动的仿生机器鱼。主要的研究内容包括：（1）对国内外的机器鱼研究状况做了广泛的调研，分析了机器鱼视觉系统的典型应用，为系统的设计和实现奠定了坚实的基础。（2）研究了鱼类的推进模式，分析了鱼类波动推进原理，建立了机器鱼的几何模型，并分析了波动推进的阻力。（3）建立了机器鱼视觉系统的坐标体系，借鉴地面移动机器人的视觉导航控制方法，设计了基于视觉的机器鱼导航伺服控制系统。（4）建立机器鱼波动推进机构的简化模型，确定了机构的关键参数并设计了机器鱼的三维实体结构图，使用创新的模块化摆动关节结构。（5）完成了一套机器鱼的控制系统的硬件电路，并实现了机器鱼的游动控制算法；组建了基于CMUcam的机器鱼视觉系统，实现了基于视觉反馈的机器鱼运动控制程序。（6）在基于视觉系统的仿生机器鱼的平台进行了实验，定量地测定了机器鱼水下游动性能，以及机器鱼的视觉导航性能。