·82 北京科技大学学报 第34卷 天线 舵机 充电插头 连接杆 串口连接线无线发送 主拧电路 模块 上位机 块 电池 必 月牙尾 (a) BLRF-I 系列机器鱼 巨( 防水盒鱼头 白C( ●0 图3BLRF-H系列机器鱼无线控制结构简图 橡胶鱼皮 Fig.3 Structure diagram of wireless control for the BLRF series ro- 名 botic fish 图2单关节机器鱼成型结构：(a)主视图：(b)俯视图 所示，表1仅列出关键摆动位与正脉冲宽度的关系 Fig.2 Structure of the single-ink robotic fish:(a)front view:(b) 表1PWM波正脉冲宽度与舵机摆动位置关系 vertical view Table 1 Relationship between the positive impulse width of PWM waves 了机器鱼的机动性.使两个关节的舵机运动满足一 and the oscillating position of the driving motor 定相位差的随动关系，可以更有效地模仿鱼类的推 正脉冲宽度/ms 舵机摆动位1() 0.740 70 进波形曲线. 1.120 35 三关节仿生机器鱼的三个关节舵机从鱼头后颈 1.400 0 部到鱼尾依次为1号舵机、2号舵机和3号舵机.1 1.860 -35 2.220 -70 号舵机主要掌握机器鱼的运动方向，其舵机摆动方 向主要决定了机器鱼的运动方向：2号舵机辅助掌 3 握机器鱼的运动方向，增加运动摆幅，其与1号舵机 实验 共同决定机器鱼的运动方向：3号舵机主要掌握机 仿生机器鱼关节数目对巡游性能的影响实验在 器鱼动力驱动，任何情况下，只做一定摆幅的运动， BLRF-系列机器鱼上实现.图4为BLRF-系列机 仅有速度的变化，提供机器鱼的运动动力. 器鱼实物图，表2为BLRF-I系列机器鱼规格说明. 2.2无线控制设计 无线控制通过上位P℃机串口连接无线发送控 制器实现，无线发送控制器将串口数据进行译码处 理后经无线模块将数据发送.仿生机器鱼的鱼体中 设计有无线接收模块，该模块将接收到的上位机命 令数据解码处理后传送于机器鱼主控电路的单片机 串口，单片机根据预先定义好的协议规则，对舵机进 行相应的控制，实现仿生机器鱼的无线控制.BLRF- H系列机器鱼的控制命令有五级速度和三级摆幅， 图4BLRF-H系列仿生机器鱼实物图 Fig.4 Actual picture of the BLRF4 series biomimetic robotic fish 以便对其巡游性能进行有效的分析.图3所示为 BLRF-I系列机器鱼无线控制结构图 表2 BLRF-系列仿生机器鱼规格 2.3舵机控制设计 Table 2 Specification of the BLRF series biomimetic robotic fish 关节数 单关节 两关节 三关节 BLRF-H系列仿生机器鱼的舵机控制，采用单 身体长度/cm 29.3 33.3 38.6 片机定时器形成的精确PWM波控制，控制方式简 头尾部比例 1:0.81 1:0.94 1:1.14 单易于实现，精度高，可以准确地控制舵机的摆动 控制器 ATmegal6A 设计形成的PWM波的周期为23.70ms,正脉冲宽度 电源 4.8VDC,2300mA,Ni-H电池 为740μs~2.220ms,实现了舵机在-70°~70°之间 工作时间/h 5(充满电) 通信方式 315MHz无线电波 的摆动，并且设置了17个摆动位，实现对舵机摆动 PWM周期/ms 23.70 幅度的精确控制，对应的舵机摆动相位关系如表1北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 图 2 单关节机器鱼成型结构: ( a) 主视图; ( b) 俯视图 Fig． 2 Structure of the single-link robotic fish: ( a) front view; ( b) vertical view 了机器鱼的机动性． 使两个关节的舵机运动满足一 定相位差的随动关系，可以更有效地模仿鱼类的推 进波形曲线． 三关节仿生机器鱼的三个关节舵机从鱼头后颈 部到鱼尾依次为 1 号舵机、2 号舵机和 3 号舵机． 1 号舵机主要掌握机器鱼的运动方向，其舵机摆动方 向主要决定了机器鱼的运动方向; 2 号舵机辅助掌 握机器鱼的运动方向，增加运动摆幅，其与 1 号舵机 共同决定机器鱼的运动方向; 3 号舵机主要掌握机 器鱼动力驱动，任何情况下，只做一定摆幅的运动， 仅有速度的变化，提供机器鱼的运动动力． 2. 2 无线控制设计 无线控制通过上位 PC 机串口连接无线发送控 制器实现，无线发送控制器将串口数据进行译码处 理后经无线模块将数据发送． 仿生机器鱼的鱼体中 设计有无线接收模块，该模块将接收到的上位机命 令数据解码处理后传送于机器鱼主控电路的单片机 串口，单片机根据预先定义好的协议规则，对舵机进 行相应的控制，实现仿生机器鱼的无线控制． BLRF- -I 系列机器鱼的控制命令有五级速度和三级摆幅， 以便对其巡游性能进行有效的分析． 图 3 所示为 BLRF--I 系列机器鱼无线控制结构图． 2. 3 舵机控制设计 BLRF--I 系列仿生机器鱼的舵机控制，采用单 片机定时器形成的精确 PWM 波控制，控制方式简 单易于实现，精度高，可以准确地控制舵机的摆动． 设计形成的 PWM 波的周期为23. 70 ms，正脉冲宽度 为 740 μs ～ 2. 220 ms，实现了舵机在 － 70° ～ 70°之间 的摆动，并且设置了 17 个摆动位，实现对舵机摆动 幅度的精确控制，对应的舵机摆动相位关系如表 1 图 3 BLRF--I 系列机器鱼无线控制结构简图 Fig． 3 Structure diagram of wireless control for the BLRF-I series ro￾botic fish 所示，表 1 仅列出关键摆动位与正脉冲宽度的关系． 表 1 PWM 波正脉冲宽度与舵机摆动位置关系 Table 1 Relationship between the positive impulse width of PWM waves and the oscillating position of the driving motor 正脉冲宽度/ms 舵机摆动位/( °) 0. 740 70 1. 120 35 1. 400 0 1. 860 － 35 2. 220 － 70 3 实验 仿生机器鱼关节数目对巡游性能的影响实验在 BLRF--I 系列机器鱼上实现． 图4 为 BLRF--I 系列机 器鱼实物图，表 2 为 BLRF--I 系列机器鱼规格说明． 图 4 BLRF--I 系列仿生机器鱼实物图 Fig． 4 Actual picture of the BLRF-I series biomimetic robotic fish 表 2 BLRF--I 系列仿生机器鱼规格 Table 2 Specification of the BLRF-I series biomimetic robotic fish 关节数 单关节 两关节 三关节 身体长度/cm 29. 3 33. 3 38. 6 头尾部比例 1∶ 0. 81 1∶ 0. 94 1∶ 1. 14 控制器 ATmega16A 电源 4. 8VDC，2 300 mA，Ni--H 电池 工作时间/h 5 ( 充满电) 通信方式 315 MHz 无线电波 PWM 周期/ms 23. 70 ·82·