1、 范瑞峰北京大學(xué)智能控制實(shí)驗(yàn)室機(jī)器魚組裝步驟機(jī)器魚組裝步驟機(jī)器魚常見故障及處理方法機(jī)器魚常見故障及處理方法機(jī)器魚硬件系統(tǒng)機(jī)器魚硬件系統(tǒng)機(jī)器魚機(jī)械結(jié)構(gòu)機(jī)器魚機(jī)械結(jié)構(gòu)背景介紹背景介紹機(jī)器魚改進(jìn)計(jì)劃?rùn)C(jī)器魚改進(jìn)計(jì)劃外加工廠家外加工廠家魚類游動(dòng)機(jī)理簡(jiǎn)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(jiǎn)介魚類是自然界出現(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。 高效靈活低噪仿生機(jī)器魚（Biomimetic robotic fish，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)

2、的一種運(yùn)動(dòng)裝置。 仿生機(jī)器魚的研究不僅具有很高的理論研究?jī)r(jià)值，而且在水下資源探測(cè)、海上搜救、水下考古、打撈救助、海底地質(zhì)地貌勘測(cè)、軍事偵察等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。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

3、線的運(yùn)動(dòng)。魚尾為新月型尾鰭。 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128KB Flash、4KB EEPROM，產(chǎn)生6路PWM信號(hào)。動(dòng)力系統(tǒng)：采用Futaba S3003 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(cè)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。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)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

4、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)。 脈沖寬度調(diào)制脈沖寬度調(diào)制（PWM）是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫，簡(jiǎn)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。 準(zhǔn)備工作 控制部分

5、電路設(shè)計(jì) 器件購(gòu)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(gòu)買：FutabaS3003、Futaba S3102 舵機(jī)接線的延長(zhǎng) 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(gòu)買、通訊模塊購(gòu)買 電路焊接 電源系統(tǒng) 電池購(gòu)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(gòu)買充氣管 各種膠的購(gòu)買：橡膠粘合劑、502、AB膠、膠棒 測(cè)試 電池電壓：5V以上 控制板測(cè)試 檢查電源 檢查單片機(jī)PWM端口輸出波形 燒寫B(tài)ootloader 9600測(cè)試通訊 燒寫應(yīng)用程序 讀取24C02的數(shù)據(jù)是否正確 電機(jī)測(cè)試 擺動(dòng)測(cè)試 1500測(cè)試：是

6、否抖動(dòng) 通訊測(cè)試 燒寫程序 通訊距離尾部組裝機(jī)械零件組裝開關(guān)安裝電池安裝頭部組裝頭部漏水測(cè)試：在頭部灌水，看是否漏水LED燈安裝：AB膠粘，注意粘的外形。天線安裝：帶有天線延長(zhǎng)線。 AB膠粘充氣孔安裝： AB膠粘充電器安裝： AB膠粘 接線（原則正接正，負(fù)接負(fù)） 3個(gè)舵機(jī)與控制板：從前到后舵機(jī)依次為1號(hào)2號(hào)3號(hào) 開關(guān)連接：開關(guān)中間連電池，左邊（正對(duì)開關(guān)）接充電頭，右邊接線路板 LED連接 天線連接 測(cè)試 給接線部分打膠：打膠槍 接線整理：使多余的線盡量占用最小的空間，并且不能阻擋電池和線路板塞入魚頭。 測(cè)試 調(diào)直 封裝 將線路板和 控制板塞入魚頭 對(duì)準(zhǔn)安裝孔 旋緊螺絲：旋螺絲要四邊用力均勻，讓

7、整個(gè)魚尾與魚頭壁兩邊的間隙相等 剪魚皮套、套魚皮套：要讓魚皮套自然不扭曲 粘魚皮套：用橡膠粘合劑粘。要讓魚皮套自然不扭曲。膠要涂均勻。配重（要求左右平衡、前后平衡）放入水中在外面加裝配重塊：用橡皮筋套，或打膠槍粘。拆魚，配重重新封裝配重遙控測(cè)試直游轉(zhuǎn)彎改參數(shù)改頻率串口設(shè)置電源電壓開關(guān)是否打開接線不牢固漏水焊接不牢固通訊模塊壞程序問題控制器壞電源電壓PWM信號(hào)產(chǎn)生魚頭色標(biāo)改進(jìn)充氣孔改進(jìn)魚頭形狀改進(jìn)魚頭魚皮套連接方式改進(jìn)尾鰭改進(jìn)胸鰭改進(jìn) 機(jī)器魚充電方法：關(guān)閉機(jī)器魚電源開關(guān)，接通充電器電源，將充電器的充電孔插到機(jī)器魚頭部的充電頭上，充電約2個(gè)小時(shí)，充電狀態(tài)在充電器上有詳細(xì)說明。 當(dāng)機(jī)器魚在水中下沉或上浮嚴(yán)重時(shí)可以通過機(jī)器魚頭部的吹氣孔對(duì)魚體充氣、放氣來進(jìn)行調(diào)節(jié)。 當(dāng)通訊效果不理想時(shí)，請(qǐng)檢查通訊模塊和機(jī)器魚的電池電量，當(dāng)電池電量不足時(shí)會(huì)影響通訊。機(jī)器魚電壓應(yīng)大于4.8V，通訊模塊電壓應(yīng)大于4.8V。 充電器連線為紅正黑負(fù)，連接為紅色接紅色，黑色接黑色。 機(jī)器