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《机器人运动控制：仿生机器鱼多模态运动CPG控制及优化》汪明【文字版_PDF电子书_推荐】

内容简介：

本书从仿生机器鱼的运动控制关键技术——基于生物运动控制方法来控制机器鱼的角度，深入阐述了仿生机器鱼设计、研制、运动建模、多模态运动控制、运动优化等内容，为水下仿生机器人运动控制提供理论依据与实现方法。本书首先阐述了仿生机器鱼运动控制的关键技术与研究方向;第2章从设计、研制样机的角度给出了具体的设计、硬件实现、软件开发的方法及过程;第3章阐述了仿生机器鱼运动建模，并对其进行了性能分析;第4章给出了仿生机器鱼多模态游动的CPG控制思路、方法和步骤;第5章从速度和能量等角度进行优化控制方法的阐述。全书紧紧围绕机器鱼游动的仿生控制，为读者提供了基于CPG的多模态控制的方法及思路。

作者简介：

山东建筑大学信息与电气工程学院教师，博士、教授、博士生导师，现任电气工程及其自动化教研室主任、山东建筑大学重点岗教授。

目  录：

目 录

第1章 绪论 (1)

1.1 引言 (1)

1.2 仿生机器鱼主要研究内容 (2)

1.3 仿生机器鱼的研究目的及意义 (3)

1.4 CPG及CPG控制方法 (4)

1.4.1 CPG及其特点 (4)

1.4.2 CPG控制方法 (5)

1.5 机器人CPG控制的国内外研究现状 (7)

1.5.1 CPG原理在机器人控制领域的应用 (7)

1.5.2 机器人CPG控制的国外研究现状 (7)

1.5.3 机器人CPG控制的国内研究现状 (10)

1.6 CPG数学模型 (13)

1.6.1 CPG模型简介 (13)

1.6.1 CPG生物学模型 (14)

1.6.3 递归振荡器模型 (16)

1.6.4 相位振荡器模型 (18)

1.6.5 CNN模型 (19)

1.6.6 Van der Pol神经元振荡器 (20)

1.6.7 环堆栈模型 (20)

1.7 CPG控制的系统实现及未来发展 (21)

1.7.1 CPG控制的系统实现 (21)

1.7.2 CPG控制的发展方向 (22)

本章参考文献 (24)

第2章 仿生机器鱼本体设计 (39)

2.1 引言 (39)

2.2 鱼类学基础 (40)

2.3 鱼类游动的物理模型及特征参数 (42)

2.4 鱼类游动的运动学模型及优化 (44)

2.4.1 鱼类运动学模型的简化 (45)

2.4.2 鱼体波曲线方程的改进 (48)

2.4.3 仿生机器鱼的设计参数优化 (48)

2.5 机器鱼设计中的几个水动力学问题 (50)

2.5.1 水动力学外形的设计 (50)

2.5.2 重心和浮心的平衡 (51)

2.5.3 驱动电机最大扭矩的估算 (51)

2.6 机器鱼运动学模型的数值仿真 (52)

2.7 仿生机器鱼的设计步骤 (55)

2.8 仿生机器鱼机构设计 (56)

2.8.1 偏航头部设计 (57)

2.8.2 多自由度胸鳍机构设计 (58)

2.8.3 多关节鱼体及尾鳍设计 (59)

本章参考文献 (59)

第3章 耦合CPG的机器鱼动力学建模 (61)

3.1 引言 (61)

3.2 仿生机器鱼动力建模 (62)

3.2.1 仿生机器鱼受力坐标系建立 (62)

3.2.2 仿生机器鱼受力分析 (64)

3.2.3 仿生机器鱼动力学建模 (66)

3.3 耦合CPG的仿生机器鱼动力学仿真 (69)

3.4 仿生游动控制实验 (75)

本章参考文献 (76)

第4章 仿生机器鱼运动CPG控制 (78)

4.1 仿生机器鱼CPG建模 (78)

4.1.1 神经元振荡器 (78)

4.1.2 仿生机器鱼CPG模型 (82)

4.1.3 CPG模型参数调节 (86)

4.2 仿生机器鱼CPG控制游动实验 (90)

4.2.1 仿生机器鱼样机研制 (90)

4.2.2 CPG控制游动实验 (92)

本章参考文献 (98)

第5章 CPG反馈控制与多模态运动 (100)

5.1 引言 (100)

5.2 CPG反馈控制方案设计 (101)

5.3 CPG反馈控制建模与分析 (102)

5.3.1 CPG内部耦合反馈信号建模 (102)

5.3.2 CPG输出部耦合反馈信号建模 (105)

5.3.3 高层感觉反馈控制建模 (107)

5.4 运动模态选择与切换控制 (110)

5.5 多模态运动实验：机器海豚游动实验 (112)

5.5.1 机器海豚设计与样机研制 (112)

5.5.2 机器海豚运动仿真 (113)

5.5.3 机器海豚多模态游动实验 (116)

5.6 多模态运动实验：两栖机器人实验 (120)

5.6.1 两栖机器人设计与样机研制 (120)

5.6.2 两栖机器人CPG控制建模 (122)

5.5.3 两栖机器人水陆切换实验 (127)

本章参考文献 (129)

第6章 仿生机器鱼CPG控制优化 (131)

6.1 基于CPG的倒游控制 (131)

6.1.1 倒游控制实现 (131)

6.1.2 两类仿鲹科机器鱼倒游运动控制方法对比 (132)

6.2 CPG模型收敛速度优化 (138)

6.3 基于PSO的CPG控制优化 (141)

第7章 总结与展望 (148)

7.1 总结 (148)

7.1.1 仿生机器鱼本体设计与样机研制 (148)

7.1.2 仿生机器鱼动力学建模 (149)

7.1.3 仿生机器鱼CPG控制建模 (149)

7.1.4 CPG反馈控制与多模态运动 (150)

7.1.5 仿生机器鱼CPG控制优化 (150)

7.2 仿生机器鱼CPG控制展望 (151)

7.2.1 仿生机器鱼机械本体-CPG-环境系统的稳定性研究 (151)

7.2.2 在线学习与环境适应性研究 (151)

7.2.3 新材料、新结构与CPG控制 (152)

7.2.4 CPG控制的工程设计方法 (152)

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摘要：《机器人运动控制：仿生机器鱼多模态运动CPG控制及优化》是一本计算机类的文字版PDF电子书，作者是汪明。本书详细阐述了机器人运动控制方面的内容，主要围绕仿生机器鱼多模态运动CPG控制及优化展开。本文将从四个方面对该书进行详细阐述。

1、CPG控制的基本概念

CPG（Central Pattern Generator，中枢模式生成器）是一种生物神经网络，能够产生自主的周期性运动。本书首先介绍了CPG控制的基本概念，包括CPG的结构、工作原理和应用领域。通过对CPG的深入理解，读者能够更好地理解后续章节的内容。

CPG控制的基本特点是稳定性和适应性。稳定性保证了机器人的运动能够持续进行，而适应性则使机器人能够根据环境变化进行相应的调整。本书通过详细的案例分析，展示了CPG控制在不同场景下的应用，使读者对CPG控制有了更深入的认识。

2、多模态运动的实现

多模态运动是指机器人能够同时进行多种运动方式，如游泳、行走、爬行等。本书介绍了如何利用CPG控制实现机器人的多模态运动。作者从模式选择和模式切换两个方面进行了阐述，详细解释了多模态运动的原理和实现方法。

多模态运动的实现需要考虑机器人的结构和控制算法。本书提供了丰富的实例和实验结果，帮助读者理解多模态运动的实现过程，并且给出了一些优化方法，提高机器人的运动性能。

3、CPG控制的优化方法

CPG控制是一个复杂的问题，需要考虑多个因素进行优化。本书介绍了一些常用的优化方法，包括遗传算法、粒子群算法和强化学习等。这些方法可以提高机器人运动的效率和适应性。

优化方法的选择与机器人的具体应用场景密切相关。本书通过实例分析，展示了不同优化方法在不同场景下的应用效果，帮助读者选择合适的优化方法。

4、实践应用与展望

本书最后一部分介绍了机器人运动控制的实践应用和未来发展方向。作者基于仿生机器鱼的案例，展示了机器人运动控制技术在水下探测、环境监测等领域的应用。同时，本书也展望了机器人运动控制技术的未来发展，如人机协同、智能机器人等方面的应用。

总结：

《机器人运动控制：仿生机器鱼多模态运动CPG控制及优化》是一本计算机类的文字版PDF电子书，作者汪明通过对CPG控制的基本概念、多模态运动的实现、CPG控制的优化方法以及实践应用与展望等方面进行详细阐述，帮助读者全面了解机器人运动控制的相关知识。本文由nayona.cn整理。

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