基于舵机控制的仿生鱼设计

ms，同时存储器最大为256 B，现定义最大的数字为250，则有公式(3)：

定时器T1定时20 ms，定时器T0定时0.01 ms，在存储器R3单元中放入立即数50并与定时器T0中断次数相比较，当定时器T0定时发生50次后即与R3相等，产生脉宽为0.5 ms，即为最小脉宽；当在R3单元中放入立即数250并与定时器T0中断次数相比较，当定时器T0定时发生250次后即与R3相等，产生脉宽为2.5 ms，即为最大脉宽。
由此可知对存储器R3不断进行加1操作，方波的脉宽可以从0.5 ms变化到2.5 ms,然后对立即数进行减操作，方波的脉宽会减至0.5 ms，再进行不断的循环，产生脉宽在0.5 ms～2.5 ms不断变化的PWM信号。这样就能控制舵机在-90°～90°之间变化。由此，给出3个不同的存储器R3、R4、R5来控制3个舵机的转角，让3个存储器的数值模拟正弦变化，就能够实现本文的波动推进理论。
同时采用E18-D80NK漫反射式光电传感器作为鱼的左右眼睛，分别来判断障碍。当距离80 cm时就能检测到障碍物，此时让R3、R4转动一定的角度，并且尾部舵机R5往复摆动，就能实现仿生鱼的转向。因此舵机在PWM控制下，由脉冲宽度的调节可实现舵机的前进和转向，并可根据仿生鱼的不同的运动状态，来调用不同的子程序。主程序流程图如图6所示。

4 仿生鱼总调试和总结
在完成仿生鱼装配的基础上对仿生鱼运动进行调试。将鱼体、控制电路板、供电电源整合在一起，并且在其表面裹上防水胶布，保证与水隔离。通过示波器观察波形，调试过程中首先做到仿生鱼运动轨迹基本符合要求，接下来进行微调。由于各个舵机绝对位置都有偏差，并且软件定时不够准确，因此就要根据实际情况更改脉冲值，直至仿生鱼运动轨迹准确。
下水实验时，实验的第一点是静态平衡实验。由于鱼体各个部位选用的材料不同，并受装配电路板、舵机、电池等元件的影响，鱼体的重心不易确定，因此把鱼体放入水中，观察后在适当部位进行配重，直至鱼体静止时在水中保持平衡。第二点就是动态平衡实验，即鱼体在运动时保持运动的稳定性。动态平衡首先受静态平衡的影响，因此在保证静态平衡的条件下尽量满足动态平衡。另一调节动态平衡就是通过程序控制，包括鱼体运动的频率、幅度。实物效果图如图7所示。

通过反复进行调整装配与调试，基本实现了仿生鱼在水中的运动状态。但目前还没有解决仿生鱼在游动过程中的加减速的问题，实际上根据鱼类推进公式已经制定出了加减速方案。本项目是大学生创新项目，也是教师科研项目，该项目根据鱼类的游动姿态，利用机电控制等对水下载体和作业装备提供了新的设计思路。
参考文献
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