機(jī)器魚裝配介紹

仿生機(jī)器魚硬件及裝配

范瑞峰北京大學(xué)智能控制實(shí)驗(yàn)室目錄機(jī)器魚組裝步驟機(jī)器魚常見故障及處理方法機(jī)器魚硬件系統(tǒng)機(jī)器魚機(jī)械結(jié)構(gòu)背景介紹機(jī)器魚改進(jìn)計(jì)劃外加工廠家背景介紹魚類游動(dòng)機(jī)理簡介魚類游動(dòng)方式優(yōu)點(diǎn)魚類游動(dòng)方式分類機(jī)器魚研究簡介魚類是海洋的主人魚類是自然界出現(xiàn)最早的脊椎動(dòng)物。經(jīng)過億萬年的自然選擇和進(jìn)化，魚類已經(jīng)成為了海洋世界的“主人”。世界上現(xiàn)存的魚類約2萬4千種。為什么要研究仿生機(jī)器魚高效靈活低噪什么是仿生機(jī)器魚仿生機(jī)器魚（Biomimeticroboticfish，又名機(jī)械魚，人工魚或魚形機(jī)器人），顧名思義，即參照魚類游動(dòng)的推進(jìn)機(jī)理，利用機(jī)械、電子元器件或智能材料來實(shí)現(xiàn)水下推進(jìn)的一種運(yùn)動(dòng)裝置。仿生機(jī)器魚的研究價(jià)值仿生機(jī)器魚的研究不僅具有很高的理論研究價(jià)值，而且在水下資源探測、海上搜救、水下考古、打撈救助、海底地質(zhì)地貌勘測、軍事偵察等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。機(jī)器魚研究歷史20世紀(jì)90年代以前主要側(cè)重于基礎(chǔ)理論的研究，目的在于探究魚類的推進(jìn)機(jī)理，為機(jī)器魚的研制提供理論模型。90年代以后，隨著電子技術(shù)、仿生學(xué)、新型材料和驅(qū)動(dòng)裝置等方面技術(shù)的進(jìn)步，人們才真正開始了仿生機(jī)器魚樣機(jī)的研制工作。機(jī)器魚機(jī)械結(jié)構(gòu)機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖機(jī)械結(jié)構(gòu)介紹機(jī)器魚總體結(jié)構(gòu)主要分為魚頭、魚身、魚尾三個(gè)部分。魚頭部分由控制電路板、電池、通訊模塊、電源開關(guān)和胸鰭構(gòu)成，魚頭上預(yù)留了吹氣孔、充電頭和天線。魚身部分由三個(gè)擺動(dòng)關(guān)節(jié)串聯(lián)構(gòu)成，每個(gè)關(guān)節(jié)均由一個(gè)直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，模擬魚體波曲線的運(yùn)動(dòng)。魚尾為新月型尾鰭。機(jī)器魚硬件系統(tǒng)硬件配置控制系統(tǒng)：控制芯片采用貼片封裝的8位AVR單片機(jī)ATmege128，其內(nèi)含128KBFlash、4KBEEPROM，產(chǎn)生6路PWM信號(hào)。動(dòng)力系統(tǒng)：采用FutabaS3003舵機(jī)，扭矩達(dá)4.1Kg/cm，提供可靠的動(dòng)力支持。通訊系統(tǒng)：通訊模塊采用雙工無線通訊模塊,可以通過通訊檢測來確保信號(hào)收發(fā)的正確性，還可以向上位機(jī)反饋機(jī)器魚的內(nèi)部狀態(tài)信息，提高機(jī)器魚控制的可靠性。電源系統(tǒng)：可充電鎳氫電池?？刂瓢鍒D示舵機(jī)黑紅白三根線黑色-GND紅色-VCC白色-信號(hào)線黑紅黃黑色-GND紅色-VCC黃色-信號(hào)線舵機(jī)控制原理舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動(dòng)器，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)。組成：直流電機(jī)、齒輪組、可變電阻和電壓比較電路。工作原理：控制信號(hào)由接收機(jī)的通道進(jìn)入信號(hào)調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。它內(nèi)部有一個(gè)基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準(zhǔn)信號(hào)，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。最后，電壓差的正負(fù)輸出到電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，通過級(jí)聯(lián)減速齒輪帶動(dòng)電位器旋轉(zhuǎn)，使得電壓差為0，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。PWM信號(hào)脈沖寬度調(diào)制（PWM）是英文“PulseWidthModulation”的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制。舵機(jī)的控制信號(hào)是PWM信號(hào)，利用占空比的變化改變舵機(jī)的位置。一般舵機(jī)的控制要求如圖1所示。

機(jī)器魚組裝步驟組裝步驟準(zhǔn)備工作控制部分電路設(shè)計(jì)器件購買控制板焊接開關(guān)焊接充電頭焊接LED燈焊接動(dòng)力部分舵機(jī)購買：FutabaS3003、FutabaS3102舵機(jī)接線的延長機(jī)械零件加工：擺動(dòng)部分尾部皮套加工尾鰭加工通訊系統(tǒng)USB2UART設(shè)計(jì)器件購買、通訊模塊購買電路焊接電源系統(tǒng)電池購買電池充電其它部分魚頭設(shè)計(jì)魚頭加工色標(biāo)制作購買充氣管各種膠的購買：橡膠粘合劑、502、AB膠、膠棒測試電池電壓：5V以上控制板測試檢查電源檢查單片機(jī)PWM端口輸出波形