● 摘要
本文研究的平台——SPC3-UUV型仿生机器人是由北京航空航天大学机器人研究所研制的一款仿生机器鱼实验平台，专注于推进效率和巡航能力的研究，获得了国防基础科研军用微小型放生技术项目的支持。本文针对机器鱼长航时实验中涉及的电源管理、通讯系统以及航向和深度控制三个方面的关键技术展开研究，主要完成了以下工作：基于机器鱼长时间续航能力对动力电源的需求，选择能量密度比很高的锂聚合物电池作为动力电源，自行设计了一套电源监控管理系统，能够监控各组电池单元的电压、放电电流等工作参数，并能够实现电池单元手动和自动切换。实验证实，电池和电源管理系统为机器鱼长时间巡航提供了可靠的电源保障。基于机器鱼长时间巡航过程中对于遥控和自主控制功能的并行需求，提出了机器鱼通讯系统构架，并开发了CAN-232通讯模块和IFISH遥控指令解算模块，与机器鱼导航计算机系统一起构建了机器鱼混控系统：能够方便的实现遥控控制和手动控制的切换，在遥控模式下，系统能够将遥控器的信号解算为机器鱼的尾鳍拍频、攻角等参数，方便地控制机器鱼的速度、航向，保障给机器鱼巡航提供正确的速度、航向和深度目标等信息。基于机器鱼巡航中对于航向和深度的控制需求，使用电子罗盘和压力传感器，在机器鱼导航计算机系统上构建了航向和深度控制闭环，选择了应用领域广泛、工程实用性强的PD算法作为航向和深度控制算法，通过在线实验整定PD参数，获得了较好的航向和深度控制性能，能够保障机器鱼按照指定的航向和深度巡航。本文所开展的研究在SPC3-UUV平台上进行了实验应用，2007年11月，SPC3-UUV在无锡太湖进行了水质量监测和长航时巡航实验。实验中，电源管理系统和通讯链路均工作正常，另外，航向控制和深度控制也达到了预想的效果。