题目：多鳍水下仿生机器人的结构设计与运动控制

水下机器人正在成为人类探索海洋的重要平台。传统螺旋桨推进的水下机器人不仅效率低下、噪声大，而且推力方向单一、机动性差。具有非凡水下运动能力的水下生物为水下机器人的设计提供很好的借鉴。利用仿生学原理，研究水下机器人的仿生推进原理，可以实现高效、灵活和隐蔽的水下运动，在未来海底勘探、海洋生物观察、军事侦察等领域具有广阔的应用前景。本课题研究的多鳍仿生推进水下机器人只需要采用四个拍动鳍肢就可以实现5个自由度的运动，具有很好的机动性能，能够在复杂的水下环境中作业。本文主要内容如下：（1）介绍本课题研究的水下机器人的工作方式，就机械本体与控制系统两部分讲述机器人的组成与工作原理。包括机器人的各部件工作机理，密封方式，和机器人控制传感和通信电路的设计。（2）为了实现机器人的姿态位置反馈控制，研究了基于MEMS传感器的航向姿态参考系统（AHRS）和GPS/INS组合导航的卡尔曼滤波算法的实现。利用卡尔曼滤波器有效地融合了多种传感器的信号，得到更加精准的姿态位置和速度输出，并能动态地补偿传感器的零偏。（3）对机器人进行了水动力学建模，分析了各个鳍和身体的受力情况，采用牛顿-欧拉方程得到了机器人的空间六自由度动力学方程。设计了基于CPG步态生成方法的机器人闭环运动控制算法，实现了机器人在水下的姿态控制与定深航行。（4）设计实验以检验导航系统的姿态、位置、速度测量精度，和机器人的控制效果，并对实验结果分析。