机器鱼装配介绍讲解

1、 范瑞峰 北京大学智能控制实验室 机器鱼组装步骤机器鱼组装步骤 机器鱼常见故障及处理方法机器鱼常见故障及处理方法 机器鱼硬件系统机器鱼硬件系统 机器鱼机械结构机器鱼机械结构 背景介绍背景介绍 机器鱼改进计划机器鱼改进计划 外加工厂家外加工厂家 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。 高效 灵活 低噪 仿生机器鱼（Biomimetic robotic fish，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

2、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。 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

3、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。 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128KB Flash、4KB EEPROM，产生6路PWM信号。 动力系统：采用Futaba S3003 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。 黑红白三根线 黑色-GND 红色-VCC 白色-信号线 黑红黄 黑色

4、-GND 红色-VCC 黄色-信号线 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。 脉冲宽度调制脉冲宽度调制（PWM）是英文“Pulse Width Modulati

5、on”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。 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、 Futaba S3102 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

6、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

7、 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 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 电源电压 PWM信号产生 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 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