基于云臺式視覺系統(tǒng)的自主機(jī)器魚
不詳 ?佚名 ? 2010年01月01日 ? ?奇思妙想
基于云臺式視覺系統(tǒng)的自主機(jī)器魚
設(shè)計者/北京大學(xué)工學(xué)院 賈永楠 井元良 孫麗君 尹新彥
21世紀(jì)是海洋的世紀(jì)，占全球71%的海洋將是這個世紀(jì)，也是未來人類賴以生存的資源。海洋對于人類的發(fā)展和社會的進(jìn)步將起到至關(guān)重要的作用。在民用上，海洋蘊(yùn)藏著豐富的礦物資源、生物資源和能源，是人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要財富。因此，對于海洋的開發(fā)和爭奪成了很多發(fā)達(dá)國家的戰(zhàn)略重點(diǎn)，而且愈演愈烈。在各種海洋技術(shù)中，作為用在一般潛水技術(shù)不可能達(dá)到的深度或區(qū)域進(jìn)行綜合考察和研究并能完成多種作業(yè)使命的水下機(jī)器人技術(shù)使海洋開發(fā)進(jìn)入了新時代。
基于云臺式視覺系統(tǒng)的自主魚選取水生動物中的盒子魚（boxfish）作為仿生對象，從機(jī)器人學(xué)的角度出發(fā)，開展水下智能仿生機(jī)器人的推進(jìn)機(jī)理、機(jī)構(gòu)設(shè)計、運(yùn)動控制及系統(tǒng)集成等研究。通過對魚類這種生物推進(jìn)系統(tǒng)中的控制和信息處理過程研究，設(shè)計制造出具有水下三維運(yùn)動能力、運(yùn)動靈活、推進(jìn)效率較高并具有某些生物感知能力和行為特征的水下仿生機(jī)器人。
所研制的基于云臺式視覺系統(tǒng)的自主機(jī)器魚(簡稱YT自主魚)分為主體模塊、一對胸鰭和一個擺動水翼，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器魚的多種形態(tài)和游動模式。通過控制尾翼擺動的不同位置可使機(jī)器魚完成前進(jìn)、左右轉(zhuǎn)彎等運(yùn)動，并且可以通過控制魚體兩側(cè)的胸鰭，來實(shí)現(xiàn)機(jī)器魚的上升下潛、左右轉(zhuǎn)彎甚至前進(jìn)和倒退。YT自主魚的研制不僅具有觀賞性，還有很高的研究價值。
YT自主魚主體采用密封艙體的形式；推進(jìn)機(jī)構(gòu)選擇BCF和MPF相結(jié)合的方式，包括一個擺動尾鰭和一對左右胸鰭；采用扇形橡膠材質(zhì)的尾鰭作為推進(jìn)機(jī)構(gòu)之一，相比月牙形的尾鰭，可大大提高推進(jìn)的效率。依靠位于魚頭上方的可旋轉(zhuǎn)式CMOS攝像頭對環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。通過對胸鰭和尾鰭的協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)前后推進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、上升下潛、剎車等功能。
目前這款自主魚的軟件系統(tǒng)還在研發(fā)當(dāng)中，我們的目標(biāo)是外形設(shè)計上模仿boxfish，在功能設(shè)計上可以實(shí)現(xiàn)自主定位、自主導(dǎo)航、自主通訊、自主決策，并且易于功能擴(kuò)展和二次開發(fā)的自主游動機(jī)器魚。通過建立開放的操作系統(tǒng)平臺，便于后續(xù)功能模塊的添加，滿足更高層次的控制要求。未來YT自主魚的優(yōu)越性體現(xiàn)在以下幾個方面：一是傳感器的加入，實(shí)現(xiàn)了對周圍環(huán)境的自主感知；二是操作系統(tǒng)的加入，使得更方便的對YT自主魚進(jìn)行功能擴(kuò)展和二次開發(fā)；三是無線網(wǎng)卡的引入，使得多條機(jī)器魚之間的通信更加方便，有利于多魚協(xié)作任務(wù)的完成。
在不遠(yuǎn)的將來，水下自主機(jī)器人將協(xié)助人類完成軍事偵察、海底資源探測、打撈救助等艱巨的任務(wù)。
責(zé)編/劉 路
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