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仿生机器鱼硬件及装配范瑞峰北京大学智能控制实验室目录机器鱼组装步骤机器鱼常见故障及处理方法机器鱼硬件系统机器鱼机械结构背景介绍机器鱼改进计划外加工厂家背景介绍鱼类游动机理简介鱼类游动方式优点鱼类游动方式分类机器鱼研究简介鱼类是海洋的主人鱼类是自然界出现最早的脊椎动物。经过亿万年的自然选择和进化，鱼类已经成为了海洋世界的“主人”。世界上现存的鱼类约2万4千种。为什么要研究仿生机器鱼高效灵活低噪什么是仿生机器鱼仿生机器鱼（Biomimeticroboticfish，又名机械鱼，人工鱼或鱼形机器人），顾名思义，即参照鱼类游动的推进机理，利用机械、电子元器件或智能材料来实现水下推进的一种运动装置。仿生机器鱼的研究价值仿生机器鱼的研究不仅具有很高的理论研究价值，而且在水下资源探测、海上搜救、水下考古、打捞救助、海底地质地貌勘测、军事侦察等方面具有广阔的应用前景。机器鱼研究历史20世纪90年代以前主要侧重于基础理论的研究，目的在于探究鱼类的推进机理，为机器鱼的研制提供理论模型。90年代以后，随着电子技术、仿生学、新型材料和驱动装置等方面技术的进步，人们才真正开始了仿生机器鱼样机的研制工作。机器鱼机械结构机械结构示意图机械结构介绍机器鱼总体结构主要分为鱼头、鱼身、鱼尾三个部分。鱼头部分由控制电路板、电池、通讯模块、电源开关和胸鳍构成，鱼头上预留了吹气孔、充电头和天线。鱼身部分由三个摆动关节串联构成，每个关节均由一个直流伺服电机驱动，模拟鱼体波曲线的运动。鱼尾为新月型尾鳍。机器鱼硬件系统硬件配置控制系统：控制芯片采用贴片封装的8位AVR单片机ATmege128，其内含128KBFlash、4KBEEPROM，产生6路PWM信号。动力系统：采用FutabaS3003舵机，扭矩达4.1Kg/cm，提供可靠的动力支持。通讯系统：通讯模块采用双工无线通讯模块,可以通过通讯检测来确保信号收发的正确性，还可以向上位机反馈机器鱼的内部状态信息，提高机器鱼控制的可靠性。电源系统：可充电镍氢电池。控制板图示VCC正电源GND地LED正LED正LED负LED负天线舵机2信号线舵机2电源舵机2地舵机1地舵机3信号线舵机3电源舵机3地舵机1地舵机1地24C0274HC04ATmega128晶振电源灯编程线舵机黑红白三根线黑色-GND红色-VCC白色-信号线黑红黄黑色-GND红色-VCC黄色-信号线舵机控制原理舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。组成：直流电机、齿轮组、可变电阻和电压比较电路。工作原理：控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。PWM信号脉冲宽度调制（PWM）是英文“PulseWidthModulation”的缩写，简称脉宽调制。舵机的控制信号是PWM信号，利用占空比的变化改变舵机的位置。一般舵机的控制要求如图1所示。机器鱼组装步骤组装步骤准备工作控制部分•电路设计•器件购买•控制板焊接•开关焊接•充电头焊接•LED灯焊接动力部分•舵机购买：FutabaS3003、FutabaS3102•舵机接线的延长•机械零件加工：摆动部分•尾部皮套加工•尾鳍加工通讯系统•USB2UART设计•器件购买、通讯模块购买•电路焊接电源系统•电池购买•电池充电其它部分•鱼头设计•鱼头加工•色标制作•购买充气管•各种胶的购买：橡胶粘合剂、502、AB胶、胶棒测试电池电压：5V以上控制板测试•检查电源•检查单片机PWM端口输出波形•烧写Bootloader•9600测试通讯•烧写应用程序•读取24C02的数据是否正确电机测试•摆动测试•1500测试：是否抖动通讯测试•烧写程序•通讯距离尾部组装机械零件组装开关安装电池安装头部组装头部漏水测试：在头部灌水，看是否漏水LED灯安装：AB胶粘，注意粘的外形。天线安装：带有天线延长线。AB胶粘充气孔安装：AB胶粘充电器安装：AB胶粘接线（原则正接正，负接负）3个舵机与控制板：从前到后舵机依次为1号2号3号开关连接：开关中间连电池，左边（正对开关）接充电头，右边接线路板LED连接天线连接测试给接线部分打胶：打胶枪接线整理：使多余的线尽量占用最小的空间，并且不能阻挡电池和线路板塞入鱼头。测试调直封装将线路板和控制板塞入鱼头对准安装孔旋紧螺丝：旋螺丝要四边用力均匀，让整个鱼尾与鱼头壁两边的间隙相等剪鱼皮套、套鱼皮套：要让鱼皮套自然不扭曲粘鱼皮套：用橡胶粘合剂粘。要让鱼皮套自然不扭曲。胶要涂均匀。配重（要求左右平衡、前后平衡）放入水中在外面加装配重块：用橡皮筋套，或打胶枪粘。拆鱼，配重重新封装配重遥控测试直游转弯改参数改频率机器鱼常见故障及处理方法易出问题的地方串口设置电源电压开关是否打开接线不牢固漏水焊接不牢固通讯模块坏程序问题控制器坏线路板检测电源电压PWM信号产生改进计划鱼头色标改进充气孔改进鱼头形状改进鱼头鱼皮套连接方式改进尾鳍改进胸鳍改进注意事项机器鱼充电方法：关闭机器鱼电源开关，接通充电器电源，将充电器的充电孔插到机器鱼头部的充电头上，充电约2个小时，充电状态在充电器上有详细说明。当机器鱼在水中下沉或上浮严重时可以通过机器鱼头部的吹气孔对鱼体充气、放气来进行调节。当通讯效果不理想时，请检查通讯模块和机器鱼的电池电量，当电池电量不足时会影响通讯。机器鱼电压应大于4.8V，通讯模块电压应大于4.8V。充电器连线为红正黑负，连接为红色接红色，黑色接黑色。机器鱼头部天线不能完全浸没在水面以下。勿将机器鱼在关闭电源的状态下放入水中。不使用时请将机器鱼从水中及时捞出，勿长时间将其浸泡在水中。打开机器鱼电源开关后请等待3秒钟调直完毕后再进行控制。长时间不使用时请将机器鱼上的充气孔帽取下。Thanks