专利名称：基于液位传感反馈的两栖仿生机器人运动控制装置的制作方法
技术领域：
本发明属于仿生学技术领域，涉及两栖仿生机器人的水陆自主运动控制方法。
背景技术：
作为一种具有多种环境运动模态的仿生推进器，两栖仿生机器人的运动控制研究具有重要的意义，不仅可为帮助解释生物物种进化和多环境下运动步态切换提供一定的理论指导，同时能为研制新型两栖仿生机器人样机及其实际应用提供一定的技术支持。两栖仿生机器人地面爬行采用仿轮式推进，而水下游动模拟鱼类的身体各个关节左右往复波动前进，地面和水下运动采用不同的推进机构和运动形式。如何设计一种通用的控制器完成水陆两种不同环境下的运动形式，以及实现两栖仿生机器人在水陆环境下的自主运动步态切换显得极为重要，研究成果相对较少，已有文献没有明确给出两栖仿生机器人水陆复合步态自主切换的具体实施方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于液位传感反馈的两栖仿生机器人运动控制装置，以解决一种两栖仿生机器人的水陆运动步态自主切换。为达到上述目的，本发明提供的基于液位传感反馈的两栖仿生机器人运动控制装置的技术方案包括控制模块、头部光电液位传感器、尾部光电液位传感器、主控制器、胸鳍 CPG模块、身体CPG模块，其中控制模块的输入端接收远程遥控发送来的运动控制指令，并将运动控制指令生成并输出两栖仿生机器人运动的左、右侧激励指令信号Cl1和^ ；头部光电液位传感器和尾部光电液位传感器采集环境信息，并将环境信息生成并输出自主切换两栖仿生机器人水、陆步态的控制信号，实现地面关节锁定和水下关节往复摆动的运动形式；主控制器的输入端分别连接控制模块的输出端、头部光电液位传感器的输出端和尾部光电液位传感器的输出端，主控制器接收两栖仿生机器人运动的左、右侧激励指令信号Cl1和4、两栖仿生机器人水、陆步态的控制信号，并生成及输出两栖仿生机器人胸鳍运动的控制信号和两栖仿生机器人身体运动的控制信号；通过远程遥控调节左右侧激励指令信号Cl1和4，将产生机器人的水、陆运动模式；当左右侧激励指令信号Cl1和4相同且大于激励门限时，两栖仿生机器人直行；当左右侧激励指令信号Cl1和4大于激励门限时，两栖仿生机器人转弯，其中，当左侧激励指令信号Cl1大于右侧激励指令信号4时，两栖仿生机器人右转，反之左转；胸鳍CPG模块的输入端与身体CPG模块的输入端之间连接，胸鳍CPG模块和身体 CPG模块相互间传送耦合权值和耦合相位差；胸鳍CPG模块的输入端、身体CPG模块的输入端分别与主控制器的输出端连接，接收两栖仿生机器人胸鳍运动的控制信号和两栖仿生机器人身体运动的控制信号，身体CPG模块将两栖仿生机器人身体运动的控制信号生成并输出控制两栖仿生机器人四个关节舵机实现仿鱼游动协调摆动的正弦波振荡信号X1* x7、 )(2和x8、、和x9、、和Xltl的差值；胸鳍CPG模块将两栖仿生机器人身体运动的控制信号生成并输出控制两栖仿生机器人左胸鳍舵机和左驱动轮运动的正弦波振荡信号χ 5 和χ η的差值及控制两栖仿生机器人右胸鳍舵机和右驱动轮运动的正弦波振荡信号>^和
χ 12的差值。本发明的有益效果本发明对一种仿鱼型的两栖仿生机器人水陆运动控制进行研究，探索基于液位传感反馈的水陆步态自主切换控制策略，将为两栖仿生机器人在自然环境下的自主运动提供一定的理论参考，其理论成果将为研制复杂水陆两栖环境下的自主推进器提供技术支撑，在民用方面可为近海、港口及滩涂地区的科学考察、生态监测、安全检查、水产养殖及搜索救援等提供新型服务机器人；在军事方面，利用其良好的环境适应性和隐蔽性，可用于两栖侦察、探测、扫雷、通讯中继等，为近海两栖作战新概念武器设计提供新思路、新方法。本发明充分利用两栖仿生机器人地面和水下运动的特点，提出了耦合液位传感反馈的水陆复合CPG (Central Pattern Generator，中枢模式发生器)网络模型，包括模型的结构框架和振荡器间的耦合关系。利用该CPG模型，借助于液位传感反馈能够完成两栖仿生机器人地面关节锁定和水下关节往复摆动等行为，结合具体的传感反馈装置，最终在我们研制的两栖仿生机器人平台上集成，同时实现地面和水下运动步态的自主切换。实验结果表明了所提出的运动控制方法的有效性，很好地模仿了两栖生物的真实运动，具有一定的理论参考价值。
图1是基于液位传感反馈的两栖仿生机器人运动控制框图；图2是两栖仿生机器人关节运动示意图；图3a-图3c是两栖仿生机器人CPG网络模型；图如是地面运动CPG振荡器的输出波形；图4b是地面运动各个关节的关节角控制信号；图fe是水下运动CPG振荡器的输出波形；图恥是水下运动各个关节的关节角控制信号；图6a是水陆两栖复合运动外界输入激励；图6b是水陆两栖复合运动CPG振荡器的输出波形；图6c是水陆两栖复合运动各个关节的关节角控制信号；图7a是两栖仿生机器人从地面到水下的入水视频截图；图7b是两栖仿生机器人从水下到地面的出水视频截图。
具体实施例方式下面结合附图对基于液位传感反馈的两栖仿生机器人水陆运动控制方法做出说明。一、两栖仿生机器人运动方式图1给出了本发明方法使用的两栖仿生机器人运动控制装置框图，包括控制模块1、头部光电液位传感器2、尾部光电液位传感器3、主控制器4、胸鳍CPG(CPG为CentralPattern Generator,中枢模式发生器)模块5、身体CPG模块6，左胸鳍舵机7、右胸鳍舵机 8、左驱动轮9、右驱动轮10、四个关节舵机11，其中控制模块1的输入端接收远程遥控发送来的运动控制指令，并将运动控制指令生成并输出两栖仿生机器人运动的左、右侧激励指令信号Cl1和4 ；控制模块1是手动控制模块。头部光电液位传感器2和尾部光电液位传感器3采集环境信息，并将环境信息生成并输出自主切换两栖仿生机器人水、陆步态的控制信号，实现地面关节锁定和水下关节往复摆动的运动形式；主控制器4的输入端分别连接控制模块1的输出端、头部光电液位传感器2的输出端和尾部光电液位传感器3的输出端，主控制器4接收两栖仿生机器人运动的左、右侧激励指令信号Cl1和4、两栖仿生机器人水、陆步态的控制信号，并生成及输出两栖仿生机器人胸鳍运动的控制信号和两栖仿生机器人身体运动的控制信号；通过远程遥控调节左右侧激励指令信号Cl1和4，将产生机器人的水、陆运动模式；当左右侧激励指令信号Cl1和4相同且大于激励门限时，两栖仿生机器人直行；当左右侧激励指令信号Cl1和4大于激励门限时， 两栖仿生机器人转弯，其中，当左侧激励指令信号Cl1大于右侧激励指令信号4时，两栖仿生机器人右转，反之左转；胸鳍CPG模块5的输入端与身体CPG模块6的输入端之间连接，胸鳍CPG模块5 和身体CPG模块6相互间传送耦合权值和耦合相位差；胸鳍CPG模块5的输入端、身体CPG 模块6的输入端分别与主控制器4的输出端连接，接收两栖仿生机器人胸鳍运动的控制信号和两栖仿生机器人身体运动的控制信号，身体CPG模块6将两栖仿生机器人身体运动的控制信号生成并输出控制两栖仿生机器人四个关节舵机11实现仿鱼游动协调摆动的正弦波振荡信号X1* x7、乂2和x8、X3和x9、X4和Xltl的差值；胸鳍CPG模块5将两栖仿生机器人胸鳍运动的控制信号生成并输出控制两栖仿生机器人左胸鳍舵机7和左驱动轮9 运动的正弦波振荡信号>^和χ η的差值及控制两栖仿生机器人右胸鳍舵机8和右驱动轮 10运动的正弦波振荡信号X6和乂12的差值。图1中所示头部光电液位传感器2、尾部光电液位传感器3用于感知水陆环境状态，触发两栖仿生机器人的自主运动，包括入水、出水时的步态切换，为两栖仿生机器人的自动控制方式，其中自动控制方式下主控制器4接收到的左、右侧激励指令信号Cl1和火为自主模式下预定义的初值，预先存储于主控制器4内，并不是通过遥控发送的，属于自主方式。所述头部光电液位传感器2和尾部光电液位传感器3根据水陆环境输出不同的高低电平信号，其中在陆地环境下输出高电平信号，在水下环境下输出低电平信号。所述头部光电液位传感器2和尾部光电液位传感器3输出高电平信号时，控制每个关节舵机运动的两个振荡器间的耦合相位差为0 ；所述头部光电液位传感器2和尾部光电液位传感器3输出低电平信号时，控制每个关节舵机运动的两个振荡器间的耦合相位差为η。图2给出了本发明方法使用的两栖仿生机器人机构运动结构示意图，其中左胸鳍舵机7和右胸鳍舵机8对称分布在两栖仿生机器人头部、左驱动轮9和右驱动轮10对称分布在两栖仿生机器人头部，图2中右胸鳍舵机8和右驱动轮10为示意性位置的标示，左胸鳍舵机7和左驱动轮9分别在水下和地面环境下分时使用，统称为头部左关节J5，右胸鳍舵机8和右驱动轮10分别在水下和地面环境下分时使用，统称为头部右关节J6，图2中头部右关节J6为示意性位置的标示；所述关节舵机11包括第一关节舵机111、第二关节舵机 112、第三关节舵机113和第四关节舵机114，第一关节舵机111与第一身体摆动关节Jl机械连接、第二关节舵机112与第二身体摆动关节J2机械连接、第三关节舵机113与第三身体摆动关节J3机械连接、第四关节舵机114与第四身体摆动关节J4机械连接，所述第一关节舵机111、第二关节舵机112、第三关节舵机113和第四关节舵机114依纵轴方向顺序布置，形成一个顺序连接的摆动链，其协调摆动可实现仿鱼游动。两栖仿生机器人机构设计为多模态两栖仿生机器人为公知技术，在此不再赘述。图3a至图3c给出了本发明方法使用的CPG网络模型，CPG网络模型由胸鳍CPG 模块和身体CPG模块构成的控制模型。该控制模型共包括十二个振荡器，分成六组，每组的两个振荡器输出的正弦波振荡信号的差值分别用来控制一个关节运动；六组振荡器间通过耦合权值和耦合相位差连接，每组振荡器间的耦合相位差可取0或π，取0时，实现关节锁定完成地面爬行运动，当取η时，实现关节往复摆动完成水下游动；通过液位传感器探测到的环境信息改变每组振荡器间的耦合相位差可实现关节锁定和关节往复摆动的自主切换；通过控制模块产生左、右侧激励指令信号，对十二个振荡器的内在频率和内在幅值进行调节，产生两栖仿生机器人胸鳍运动和身体运动的控制信号。所述CPG网络构型根据振荡器间的连接方式(带方向的弧线箭头所示)不同有不同的表现形式，图3a至图3c给出了胸鳍CPG模块5和身体CPG模块6三种基本的网络构型，图中示出胸鳍CPG模块5包括的四个振荡器为第05振荡器51、第06振荡器52、第011振荡器53和第012振荡器M ；身体 CPG模块6包括的八个振荡器，在每个摆动关节上设有两个所述的振荡器；所述八个振荡器包括第01振荡器611、第07振荡器612、第02振荡器621、第08振荡器622、第03振荡器 631、第09振荡器632、第04振荡器641和第010振荡器642。为了描述方便，将所述的振荡器分别按照序号和图3a中的分布位置两种方式进行分类，其中将所述的振荡器按序号分成两组振荡器为第Oi振荡器和第0i+6振荡器，i = 1，. . .，6，其中所述第Oi振荡器包括第01振荡器611、第02振荡器621、第03振荡器 631、第04振荡器641、第05振荡器51和第06振荡器52 ；所述第0i+6振荡器包括第07 振荡器612、第08振荡器622、第09振荡器632、第010振荡器642、第011振荡器53和第 012振荡器54。将所述的振荡器按图3a中的分布位置分成两组振荡器为第Oj振荡器和第Oh振荡器，第Oj振荡器位于下半部分，接收左侧激励指令信号dp第Oh振荡器位于上半部分，接收右侧激励指令信号dr, j = 1,...,5,ll,h = 6，...，10，12，其中所述第Oj振荡器包括 第01振荡器611、第02振荡器621、第03振荡器631、第04振荡器641、第05振荡器51和第011振荡器53 ；所述第Oh振荡器包括第06振荡器52、第07振荡器612、第08振荡器 622、第09振荡器632、第010振荡器642和第012振荡器M。下面介绍图3a中示出胸鳍CPG模块5的第一个实施例，其中第05振荡器51的输入端接收左侧激励指令信号Cl1,及分别接收第011振荡器53、 第06振荡器52、第01振荡器611、第02振荡器621、第03振荡器631、第04振荡器641的耦合权值和耦合相位差，第05振荡器51的输出端分别向第011振荡器53、第06振荡器52 传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号x5;
第06振荡器52的输入端接收右侧激励指令信号d,，及分别接收第012振荡器54、 第05振荡器51、第07振荡器612、第08振荡器622、第09振荡器632、第010振荡器642 的耦合权值和耦合相位差，第06振荡器52的输出端分别向第012振荡器M、第05振荡器 51传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号X6 ；第011振荡器53的输入端接收左侧激励指令信号Cl1,及分别接收第05振荡器51 的耦合权值和耦合相位差，第011振荡器53的输出端向第05振荡器51传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号x11;第012振荡器M的输入端接收右侧激励指令信号d,，及分别接收第06振荡器52 的耦合权值和耦合相位差，第012振荡器M的输出端向第06振荡器52传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号x12。下面介绍图3a中示出身体CPG模块6的第一个实施例，其中第01振荡器611的输入端接收左侧激励指令信号Cl1,及分别接收第02振荡器 621、第07振荡器612的耦合权值和耦合相位差，第01振荡器611的输出端分别向第02振荡器621、第07振荡器612、第05振荡器51传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号x1;第02振荡器621的输入端接收左侧激励指令信号(I1,及分别接收第01振荡器 611、第03振荡器631、第08振荡器622的耦合权值和耦合相位差，第02振荡器621的输出端分别向第01振荡器611、第03振荡器631、第08振荡器622、第05振荡器51传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号x2;第03振荡器631的输入端接收左侧激励指令信号(I1,及分别接收第02振荡器 621、第04振荡器641、第09振荡器632的耦合权值和耦合相位差，第03振荡器631的输出端分别向第02振荡器621、第04振荡器641、第09振荡器632、第05振荡器51传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号x3;第04振荡器641的输入端接收左侧激励指令信号(I1,及分别接收第03振荡器 631、第010振荡器642的耦合权值和耦合相位差，第04振荡器641的输出端分别向第03 振荡器631、第010振荡器642、第05振荡器51传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号x4;第07振荡器612的输入端接收右侧激励指令信号d,，及分别接收第01振荡器 611、第08振荡器622的耦合权值和耦合相位差，第07振荡器612的输出端分别向第01振荡器611、第08振荡器622、第06振荡器52传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号x7;第08振荡器622的输入端接收右侧激励指令信号d,，及分别接收第02振荡器 621、第07振荡器612、第09振荡器632的耦合权值和耦合相位差，第08振荡器622的输出端分别向第02振荡器621、第07振荡器612、第09振荡器632、第06振荡器52传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号x8;第09振荡器632的输入端接收右侧激励指令信号4，及分别接收第03振荡器 631、第08振荡器622、第010振荡器642的耦合权值和耦合相位差，第09振荡器632的输出端分别向第03振荡器631、第08振荡器622、第010振荡器642、第06振荡器52传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号X9 ；
第010振荡器642的输入端接收右侧激励指令信号d,，及分别接收第04振荡器 641、第09振荡器632的耦合权值和耦合相位差，第010振荡器642的输出端分别向第4振荡器641、第09振荡器632、第06振荡器52传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号x1(l。下面介绍图北中示出胸鳍CPG模块5的第二个实施例，其中第05振荡器51的输入端接收左侧激励指令信号Cl1,及分别接收第011振荡器53、 第06振荡器52、第01振荡器611、第02振荡器621、第03振荡器631、第04振荡器641的耦合权值和耦合相位差，第05振荡器51的输出端分别向第011振荡器53、第06振荡器52 传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号X5 ； 第06振荡器52的输入端接收右侧激励指令信号d,，及分别接收第012振荡器54、 第05振荡器51、第07振荡器612、第08振荡器622、第09振荡器632、第010振荡器642 的耦合权值和耦合相位差，第06振荡器52的输出端分别向第012振荡器M、第05振荡器 51传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号X6 ；第011振荡器53的输入端接收左侧激励指令信号Cl1,及分别接收第05振荡器51 的耦合权值和耦合相位差，第011振荡器53的输出端向第05振荡器51传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号x11;第012振荡器M的输入端接收右侧激励指令信号d,，及分别接收第06振荡器52 的耦合权值和耦合相位差，第012振荡器M的输出端向第06振荡器52传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号x12。下面介绍图北中示出身体CPG模块6的第二个实施例，其中第01振荡器611的输入端接收左侧激励指令信号Cl1,及分别接收第02振荡器 621、第03振荡器631、第07振荡器612的耦合权值和耦合相位差，第01振荡器611的输出端分别向第02振荡器621、第03振荡器631、第07振荡器612、第05振荡器51传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号x1;第02振荡器621的输入端接收左侧激励指令信号(I1,及分别接收第01振荡器 611、第03振荡器631、第04振荡器641、第08振荡器622的耦合权值和耦合相位差，第02 振荡器621的输出端分别向第01振荡器611、第03振荡器631、第04振荡器641、第08振荡器622、第05振荡器51传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号χ 2 ；第03振荡器631的输入端接收左侧激励指令信号(I1,及分别接收第01振荡器 611、第02振荡器621、第04振荡器641、第09振荡器632的耦合权值和耦合相位差，第03 振荡器631的输出端分别向第01振荡器611、第02振荡器621、第04振荡器641、第09振荡器632、第05振荡器51传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号χ 3 ；第04振荡器641的输入端接收左侧激励指令信号(I1,及分别接收第02振荡器 621、第03振荡器631、第010振荡器642的耦合权值和耦合相位差，第04振荡器641的输出端分别向第02振荡器621、第03振荡器631、第010振荡器642、第05振荡器51传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号X4 ；第07振荡器612的输入端接收右侧激励指令信号d,，及分别接收第01振荡器 611、第08振荡器622、第09振荡器632的耦合权值和耦合相位差，第07振荡器612的输出端分别向第01振荡器611、第08振荡器622、第09振荡器632、第06振荡器52传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号X7;第08振荡器622的输入端接收右侧激励指令信号d,，及分别接收第02振荡器 621、第07振荡器612、第09振荡器632、第010振荡器642的耦合权值和耦合相位差，第 08振荡器622的输出端分别向第02振荡器621、第07振荡器612、第09振荡器632、第06 振荡器52、第010振荡器642传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号第09振荡器632的输入端接收右侧激励指令信号4，及分别接收第03振荡器 631、第07振荡器612、第08振荡器622、第010振荡器642的耦合权值和耦合相位差，第09 振荡器632的输出端分别向第03振荡器631、第07振荡器612、第08振荡器622、第010振荡器642、第06振荡器52传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号χ 9 ；第010振荡器642的输入端接收右侧激励指令信号d,，及分别接收第04振荡器 641、第08振荡器622、第09振荡器632的耦合权值和耦合相位差，第010振荡器642的输出端分别向第04振荡器641、第08振荡器622、第09振荡器632、第06振荡器52传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号χ 10o下面介绍图3c中示出胸鳍CPG模块5的第三个实施例，其中第05振荡器51的输入端接收左侧激励指令信号Cl1,及分别接收第011振荡器53、 第06振荡器52、第01振荡器611、第02振荡器621、第03振荡器631、第04振荡器641的耦合权值和耦合相位差，第05振荡器51的输出端分别向第011振荡器53、第06振荡器52 传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号X5 ；第06振荡器52的输入端接收右侧激励指令信号d,，及分别接收第012振荡器54、 第05振荡器51、第07振荡器612、第08振荡器622、第09振荡器632、第010振荡器642 的耦合权值和耦合相位差，第06振荡器52的输出端分别向第012振荡器M、第05振荡器 51传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号X6 ；第011振荡器53的输入端接收左侧激励指令信号Cl1,及分别接收第05振荡器51、 第01振荡器611、第02振荡器621、第03振荡器631、第04振荡器641的耦合权值和耦合相位差，第011振荡器53的输出端向第05振荡器51传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号x11;第012振荡器M的输入端接收右侧激励指令信号d,，及分别接收第06振荡器52、 第07振荡器612、第08振荡器622、第09振荡器632、第010振荡器642的耦合权值和耦合相位差，第012振荡器M的输出端向第06振荡器52传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号x12。下面介绍图3c中示出身体CPG模块6的第三个实施例，其中第01振荡器611的输入端接收左侧激励指令信号Cl1,及分别接收第02振荡器 621、第07振荡器612的耦合权值和耦合相位差，第01振荡器611的输出端分别向第02振荡器621、第07振荡器612、第05振荡器51、第011振荡器53传送耦合权值和耦合相位差， 及向外输出正弦波的振荡信号X1 ；第02振荡器621的输入端接收左侧激励指令信号Cl1,及分别接收第01振荡器 611、第03振荡器631、第08振荡器622的耦合权值和耦合相位差，第02振荡器621的输出端分别向第01振荡器611、第03振荡器631、第08振荡器622、第05振荡器51、第011振荡器53传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号X2 ；第03振荡器631的输入端接收左侧激励指令信号Cl1,及分别接收第02振荡器 621、第04振荡器641、第09振荡器632的耦合权值和耦合相位差，第03振荡器631的输出端分别向第02振荡器621、第04振荡器641、第09振荡器632、第05振荡器51、第011振荡器53传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号χ 3 ；第04振荡器641的输入端接收左侧激励指令信号(I1,及分别接收第03振荡器 631、第010振荡器642的耦合权值和耦合相位差，第04振荡器641的输出端分别向第03 振荡器631、第010振荡器642、第05振荡器51、第011振荡器53传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号x4;第07振荡器612的输入端接收右侧激励指令信号d,，及分别接收第01振荡器 611、第08振荡器622的耦合权值和耦合相位差，第07振荡器612的输出端分别向第01振荡器611、第08振荡器622第06振荡器52、第012振荡器M传送耦合权值和耦合相位差， 及向外输出正弦波的振荡信号x7;第08振荡器622的输入端接收右侧激励指令信号d,，及分别接收第02振荡器 621、第07振荡器612、第09振荡器632的耦合权值和耦合相位差，第08振荡器622的输出端分别向第02振荡器621、第07振荡器612、第09振荡器632、第06振荡器52、第012振荡器M传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号χ 8 ；第09振荡器632的输入端接收右侧激励指令信号4，及分别接收第03振荡器 631、第08振荡器622、第010振荡器642的耦合权值和耦合相位差，第09振荡器632的输出端分别向第03振荡器631、第08振荡器622、第010振荡器642、第06振荡器52、第012 振荡器M传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号X9 ；第010振荡器642的输入端接收右侧激励指令信号d,，及分别接收第04振荡器 641、第09振荡器632的耦合权值和耦合相位差，第010振荡器642的输出端分别向第04 振荡器641、第09振荡器632、第06振荡器52、第012振荡器M传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号x1(l。所述的胸鳍CPG模块5中的第05振荡器51和第011振荡器53分别输出正弦波的振荡信号、和X11,两个正弦波振荡信号、和X η的差值用于控制左胸鳍舵机7和左驱动轮9运动；第06振荡器52和第012振荡器M分别输出正弦波的振荡信号、和χ12， 两个正弦波振荡信号的差值用于控制左胸鳍舵机8和右驱动轮10运动。所述的胸鳍CPG 模块5，产生控制左胸鳍舵机7和左驱动轮9的两个正弦波振荡信号的第05振荡器51和第 011振荡器53之间通过耦合权值和耦合相位差耦合连接，当耦合相位差为0时，由正弦波振荡信号、和X11的差值驱动左驱动轮9动作实现地面运动，当耦合相位差为π时，由正弦波振荡信号χ 5和Χ n的差值驱动左胸鳍舵机7动作实现水下运动；产生控制右胸鳍舵机8和右驱动轮10的两个正弦波振荡信号的第06振荡器52和第012振荡器M之间通过耦合权值和耦合相位差耦合连接，当耦合相位差为0时，由正弦波的振荡信号\6和\12的差值驱动右驱动轮10动作实现地面运动，当耦合相位差为π时，由正弦波的振荡信号X6 和χ 12的差值驱动右胸鳍舵机8动作实现水下运动。所述的身体CPG模块6中的第01振荡器611和第07振荡器612分别输出正弦波的振荡信号X1和x7，利用正弦波振荡信号X1和Χ 7的差值用于控制第一关节舵机111，第02振荡器621和第08振荡器622分别输出正弦波的振荡信号χ 2和x8，利用正弦波振荡信号>(2和>^的差值用于控制第二关节舵机112，第03振荡器631和第09振荡器632 分别输出正弦波的振荡信号、和x9，利用正弦波振荡信号、和X9的差值用于控制第三关节舵机113，第04振荡器641和第010振荡器642分别输出正弦波的振荡信号x 4和 Xltl,利用正弦波振荡信号、和Χ K1的差值用于控制第四关节舵机114。所述的身体CPG 模块6，产生控制第一关节舵机111的两个正弦波振荡信号的第01振荡器611和第07振荡器612之间通过耦合权值和耦合相位差耦合连接，当耦合相位差为0时，由正弦波的振荡信号X1* X7的差值控制第一关节舵机111锁定实现地面运动，当耦合相位差为η时，由正弦波的振荡信号、和X7的差值控制第一关节舵机111往复摆动实现水下运动；产生控制第二关节舵机112的两个正弦波振荡信号的第02振荡器621和第08振荡器622之间通过耦合权值和耦合相位差耦合连接，当耦合相位差为0时，由正弦波的振荡信号\2和\8的差值控制第二关节舵机112锁定实现地面运动，当耦合相位差为π时，由正弦波的振荡信号X2和X8的差值控制第二关节舵机112往复摆动实现水下运动；产生控制第三关节舵机113的两个正弦波振荡信号的第03振荡器631和第09振荡器632之间通过耦合权值和耦合相位差耦合连接，当耦合相位差为0时，由正弦波的振荡信号\3和X9的差值控制第三关节舵机113锁定实现地面运动，当耦合相位差为π时，由正弦波的振荡信号\ 3和X9 的差值控制第三关节舵机113往复摆动实现水下运动；产生控制第四关节舵机114的两个正弦波振荡信号的第04振荡器641和第010振荡器642之间通过耦合权值和耦合相位差耦合连接，当耦合相位差为0时，由正弦波的振荡信号、和Xltl的差值控制第四关节舵机 114锁定实现地面运动，当耦合相位差为π时第，由正弦波的振荡信号\4和χ 1(1的差值控制四关节舵机114往复摆动实现水下运动。二、两栖仿生机器人CPG网络结构胸鳍CPG模块5和身体CPG模块6作为两栖仿生机器人水陆运动的主控制器4中振荡信号的发生器，所述振荡器所采用的数学模型如公式(1)所示
φ = 2π f + a w η\ φ - φ - γ )
τ mJm/ jη mn\ τ η τ m/ mn }
nsT(m)
X m = α m{ 1 + cos ( ^ m ) } 式中，φω、Φ…、和、为所述振荡器状态变量，(^和、分别表示所述第Om振荡器的相位和幅值，小 和％分别表示所述第On振荡器的相位和幅值J 和、分别为(^和 affl的一阶导数， 为\的二阶导数；fm和Am决定第Om振荡器的内在频率和内在幅值；τ m 为时间常量，决定收敛到Am的速度；第Om振荡器和第On振荡器间的耦合关系由耦合权值Wmn和耦合相位差Ymn确定，振荡器连接具有方向性，表现为图3a中弧线箭头所指的方向，即w 和Y·分别为第On振荡器指向第Om振荡器的耦合权值和相位差，Wmn和Ymn分别为第Om振荡器指向第On振荡器的耦合权值和相位差，T(m)表示向第Om振荡器传送耦合权值和耦合相位差的所有振荡器的集合，当不考虑振荡器间具有自耦合时，m不属于T (m)， χ m为所述第Om振荡器输出的正弦波振荡信号，BP Xffl = affl{l+cos ( Φ m)}，其中m = 1，...，12，η = 1，
，12，且m兴η，本发明中对所有的第Om振荡器，τ m = 20s_两栖仿生机器人的CPG运动控制模型如图3a所示，其中J1-J4是四个身体摆动关节，而J5、J6是头部左关节、头部右关节。对两栖仿生机器人的四个身体关节J1-J4和一对头部关节J5-J6，按照伸肌-屈肌连接关系，每一个运动自由度由一对振荡器构成，即每个关节由两个振荡器构成，且构成该关节的两个振荡器输出的正弦波的振荡信号的差值作为该关节的驱动控制信号；定义第Oi振荡器与第0i+6振荡器分别输出的正弦波振荡信号的差值作为该关节舵机的驱动控制信号，即识=Z -Z+6 (1 = 1,...,6)分别用于控制四个身体摆动关节和一对头部关节，式中X” xi+6分别为由式(1)得到的第Oi振荡器、第0i+6振荡器输出的正弦波的振荡信号。由于鱼类在游动过程中主要依靠身体和尾部协调推进，而胸鳍主要用于平衡身体和调整航向，其对推进力的贡献并不显著，因此我们定义身体CPG模块6的振荡器与胸鳍CPG模块5的振荡器之间为单向连接关系，且身体CPG模块6的振荡器单向抑制身体CPG模块5的振荡器。图3a、图北和图3c中，Cl1和d,代表整个系统的激励指令信号，负责产生两栖仿生机器人各种运动形式的控制指令，同时调节运动步态并对两栖仿生机器人的运动实时在线监控。(当左右侧激励指令信号相同时合记为d，其中1和r分别代表左右侧，后面不再赘述)，分别驱动图3a、图北和图3c的第Oj振荡器和第Oh振荡器。决定单个振荡器行为特性的参数为内在频率和内在幅值，为了实现人机交互控制，我们期望能够通过改变左右侧激励指令信号Cl1和4来实现对两栖仿生机器人各个关节摆动频率和幅值的实时调整。因此，这里引入一种饱和函数，其目的是接收左右侧激励指令信号Cl1和4，同时输出相应等级的振荡器内在频率和内在幅值信号。饱和函数形式的选取不同，内在频率和内在幅值的变化形式也不尽相同。这里为了简单起见，采用较为简单的线性函数形式，如式⑵、⑶、⑷、(5)所示
权利要求
1.一种基于液位传感反馈的两栖仿生机器人运动控制装置，其特征在于包括控制模块、头部光电液位传感器、尾部光电液位传感器、主控制器、胸鳍CPG模块、身体CPG模块，其中控制模块的输入端接收远程遥控发送来的运动控制指令，并将运动控制指令生成并输出两栖仿生机器人运动的左、右侧激励指令信号Cl1和^ ；头部光电液位传感器和尾部光电液位传感器采集环境信息，并将环境信息生成并输出自主切换两栖仿生机器人水、陆步态的控制信号，实现地面关节锁定和水下关节往复摆动的运动形式；主控制器的输入端分别连接控制模块的输出端、头部光电液位传感器的输出端和尾部光电液位传感器的输出端，主控制器接收两栖仿生机器人运动的左、右侧激励指令信号Cl1 和火、两栖仿生机器人水、陆步态的控制信号，并生成及输出两栖仿生机器人胸鳍运动的控制信号和两栖仿生机器人身体运动的控制信号；通过远程遥控调节左右侧激励指令信号Cl1 和火，将产生机器人的水、陆运动模式；当左右侧激励指令信号Cl1和4相同且大于激励门限时，两栖仿生机器人直行；当左右侧激励指令信号Cl1和4大于激励门限时，两栖仿生机器人转弯，其中，当左侧激励指令信号Cl1大于右侧激励指令信号4时，两栖仿生机器人右转，反之左转；胸鳍CPG模块的输入端与身体CPG模块的输入端之间连接，胸鳍CPG模块和身体CPG模块相互间传送耦合权值和耦合相位差；胸鳍CPG模块的输入端、身体CPG模块的输入端分别与主控制器的输出端连接，接收两栖仿生机器人胸鳍运动的控制信号和两栖仿生机器人身体运动的控制信号，身体CPG模块将两栖仿生机器人身体运动的控制信号生成并输出控制两栖仿生机器人四个关节舵机实现仿鱼游动协调摆动的正弦波振荡信号、和x7、\2和 χ 8、χ 3和χ 9、χ 4和χ 1Q的差值；胸鳍CPG模块将两栖仿生机器人身体运动的控制信号生成并输出控制两栖仿生机器人左胸鳍舵机和左驱动轮运动的正弦波振荡信号差值及控制两栖仿生机器人右胸鳍舵机和右驱动轮运动的正弦波振荡信号>^和X12的差值。
2.如权利要求1所述基于液位传感反馈的两栖仿生机器人运动控制装置，其特征在于，所述胸鳍CPG模块包括的四个振荡器是第05振荡器、第06振荡器、第011振荡器和第 012振荡器；所述身体CPG模块包括的八个振荡器是第01振荡器、第07振荡器、第02振荡器、第08振荡器、第03振荡器、第09振荡器、第04振荡器和第010振荡器，每两个振荡器控制一个关节舵机；胸鳍CPG模块和身体CPG模块相互间传送耦合权值和耦合相位差包括第05振荡器的输入端接收左侧激励指令信号Cl1,及分别接收第011振荡器、第06振荡器、第01振荡器、第02振荡器、第03振荡器、第04振荡器的耦合权值和耦合相位差，第05 振荡器的输出端分别向第011振荡器、第06振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号x5;第06振荡器的输入端接收右侧激励指令信号d,，及分别接收第012振荡器、第05振荡器、第07振荡器、第08振荡器、第09振荡器、第010振荡器的耦合权值和耦合相位差，第06 振荡器的输出端分别向第012振荡器、第05振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号x6;第011振荡器的输入端接收左侧激励指令信号Cl1,及分别接收第05振荡器的耦合权值和耦合相位差，第011振荡器的输出端向第05振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号X11;第012振荡器的输入端接收右侧激励指令信号4，及分别接收第06振荡器的耦合权值和耦合相位差，第012振荡器的输出端向第06振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号x12;第01振荡器的输入端接收左侧激励指令信号屯，及分别接收第02振荡器、第07振荡器的耦合权值和耦合相位差，第01振荡器的输出端分别向第02振荡器、第07振荡器、第05 振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号X1 ；第02振荡器的输入端接收左侧激励指令信号屯，及分别接收第01振荡器、第03振荡器、第08振荡器的耦合权值和耦合相位差，第02振荡器的输出端分别向第01振荡器、第03 振荡器、第08振荡器、第05振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号X 2 ；第03振荡器的输入端接收左侧激励指令信号Cl1,及分别接收第02振荡器、第04振荡器、第09振荡器的耦合权值和耦合相位差，第03振荡器的输出端分别向第02振荡器、第04 振荡器、第09振荡器、第05振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号X 3 ；第04振荡器的输入端接收左侧激励指令信号屯，及分别接收第03振荡器、第010振荡器的耦合权值和耦合相位差，第04振荡器的输出端分别向第03振荡器、第010振荡器、第 05振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号X4 ；第07振荡器的输入端接收右侧激励指令信号d,，及分别接收第01振荡器、第08振荡器的耦合权值和耦合相位差，第07振荡器的输出端分别向第01振荡器、第08振荡器、第06 振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号X7 ；第08振荡器的输入端接收右侧激励指令信号d,，及分别接收第02振荡器、第07振荡器、第09振荡器的耦合权值和耦合相位差，第08振荡器的输出端分别向第02振荡器、第07 振荡器、第09振荡器、第06振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号X 8 ；第09振荡器的输入端接收右侧激励指令信号4，及分别接收第03振荡器、第08振荡器、第010振荡器的耦合权值和耦合相位差，第09振荡器的输出端分别向第03振荡器、第 08振荡器、第010振荡器、第06振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号X 9 ；第010振荡器的输入端接收右侧激励指令信号d,，及分别接收第04振荡器、第09振荡器的耦合权值和耦合相位差，第010振荡器的输出端分别向第04振荡器、第09振荡器、第 06振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号χ 1(|。
3.如权利要求1所述基于液位传感反馈的两栖仿生机器人运动控制装置，其特征在于，所述胸鳍CPG模块包括的四个振荡器是第05振荡器、第06振荡器、第011振荡器和第 012振荡器；所述身体CPG模块包括的八个振荡器是第01振荡器、第07振荡器、第02振荡器、第08振荡器、第03振荡器、第09振荡器、第04振荡器和第010振荡器，每两个振荡器控制一个关节舵机；胸鳍CPG模块和身体CPG模块相互间传送耦合权值和耦合相位差包括 第05振荡器的输入端接收左侧激励指令信号屯，及分别接收第011振荡器、第06振荡器、第01振荡器、第02振荡器、第03振荡器、第04振荡器的耦合权值和耦合相位差，第05 振荡器的输出端分别向第011振荡器、第06振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号x5;第06振荡器的输入端接收右侧激励指令信号d,，及分别接收第012振荡器、第05振荡器、第07振荡器、第08振荡器、第09振荡器、第010振荡器的耦合权值和耦合相位差，第06 振荡器的输出端分别向第012振荡器、第05振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号x6;第011振荡器的输入端接收左侧激励指令信号Cl1,及分别接收第05振荡器的耦合权值和耦合相位差，第011振荡器的输出端向第05振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号x11;第012振荡器的输入端接收右侧激励指令信号4，及分别接收第06振荡器的耦合权值和耦合相位差，第012振荡器的输出端向第06振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号x12;第01振荡器的输入端接收左侧激励指令信号屯，及分别接收第02振荡器、第03振荡器、第07振荡器的耦合权值和耦合相位差，第01振荡器的输出端分别向第02振荡器、第03 振荡器、第07振荡器、第05振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号x1;第02振荡器的输入端接收左侧激励指令信号屯，及分别接收第01振荡器、第03振荡器、第04振荡器、第08振荡器的耦合权值和耦合相位差，第02振荡器的输出端分别向第01 振荡器、第03振荡器、第04振荡器、第08振荡器、第05振荡器传送耦合权值和耦合相位差， 及向外输出正弦波的振荡信号x2;第03振荡器的输入端接收左侧激励指令信号屯，及分别接收第01振荡器、第02振荡器、第04振荡器、第09振荡器的耦合权值和耦合相位差，第03振荡器的输出端分别向第01 振荡器、第02振荡器、第04振荡器、第09振荡器、第05振荡器传送耦合权值和耦合相位差， 及向外输出正弦波的振荡信号x3;第04振荡器的输入端接收左侧激励指令信号Cl1,及分别接收第02振荡器、第03振荡器、第010振荡器的耦合权值和耦合相位差，第04振荡器的输出端分别向第02振荡器、第 03振荡器、第010振荡器、第05振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号X 4 ；第07振荡器的输入端接收右侧激励指令信号d,，及分别接收第01振荡器、第08振荡器、第09振荡器的耦合权值和耦合相位差，第07振荡器的输出端分别向第01振荡器、第08 振荡器、第09振荡器、第06振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号X 7 ；第08振荡器的输入端接收右侧激励指令信号d,，及分别接收第02振荡器、第07振荡器、第09振荡器、第010振荡器的耦合权值和耦合相位差，第08振荡器的输出端分别向第 02振荡器、第07振荡器、第09振荡器、第06振荡器、第010振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号x8;第09振荡器的输入端接收右侧激励指令信号4，及分别接收第03振荡器、第07振荡器、第08振荡器、第010振荡器的耦合权值和耦合相位差，第09振荡器的输出端分别向第03振荡器、第07振荡器、第08振荡器、第010振荡器、第06振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号x9;第010振荡器的输入端接收右侧激励指令信号d,，及分别接收第04振荡器、第08振荡器、第09振荡器的耦合权值和耦合相位差，第010振荡器的输出端分别向第04振荡器、第 08振荡器、第09振荡器、第06振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号x1Q。
4.如权利要求1所述基于液位传感反馈的两栖仿生机器人运动控制装置，其特征在于，所述胸鳍CPG模块包括的四个振荡器是第05振荡器、第06振荡器、第011振荡器和第 012振荡器；所述身体CPG模块包括的八个振荡器是第01振荡器、第07振荡器、第02振荡器、第08振荡器、第03振荡器、第09振荡器、第04振荡器和第010振荡器，每两个振荡器控制一个关节舵机；胸鳍CPG模块和身体CPG模块相互间传送耦合权值和耦合相位差包括 第05振荡器的输入端接收左侧激励指令信号屯，及分别接收第011振荡器、第06振荡器、第01振荡器、第02振荡器、第03振荡器、第04振荡器的耦合权值和耦合相位差，第05 振荡器的输出端分别向第011振荡器、第06振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号x5;第06振荡器的输入端接收右侧激励指令信号d,，及分别接收第012振荡器、第05振荡器、第07振荡器、第08振荡器、第09振荡器、第010振荡器的耦合权值和耦合相位差，第06 振荡器的输出端分别向第012振荡器、第05振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号x6;第011振荡器的输入端接收左侧激励指令信号屯，及分别接收第05振荡器、第01振荡器、第02振荡器、第03振荡器、第04振荡器的耦合权值和耦合相位差，第011振荡器的输出端向第05振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号χ n ；第012振荡器的输入端接收右侧激励指令信号d,，及分别接收第06振荡器、第07振荡器、第08振荡器、第09振荡器、第010振荡器的耦合权值和耦合相位差，第012振荡器的输出端向第06振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号χ 12 ；第01振荡器的输入端接收左侧激励指令信号屯，及分别接收第02振荡器、第07振荡器的耦合权值和耦合相位差，第01振荡器的输出端分别向第02振荡器、第07振荡器、第05 振荡器、第011振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号χ ！；第02振荡器的输入端接收左侧激励指令信号屯，及分别接收第01振荡器、第03振荡器、第08振荡器的耦合权值和耦合相位差，第02振荡器的输出端分别向第01振荡器、第03 振荡器、第08振荡器、第05振荡器、第011振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号x2;第03振荡器的输入端接收左侧激励指令信号Cl1,及分别接收第02振荡器、第04振荡器、第09振荡器的耦合权值和耦合相位差，第03振荡器的输出端分别向第02振荡器、第04 振荡器、第09振荡器、第05振荡器、第011振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号x3;第04振荡器的输入端接收左侧激励指令信号屯，及分别接收第03振荡器、第010振荡器的耦合权值和耦合相位差，第04振荡器的输出端分别向第03振荡器、第010振荡器、第 05振荡器、第011振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号χ 4 ；第07振荡器的输入端接收右侧激励指令信号d,，及分别接收第01振荡器、第08振荡器的耦合权值和耦合相位差，第07振荡器的输出端分别向第01振荡器、第08振荡器第06 振荡器、第012振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号χ 7 ；第08振荡器的输入端接收右侧激励指令信号d,，及分别接收第02振荡器、第07振荡器、第09振荡器的耦合权值和耦合相位差，第08振荡器的输出端分别向第02振荡器、第07 振荡器、第09振荡器、第06振荡器、第012振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号x8;第09振荡器的输入端接收右侧激励指令信号4，及分别接收第03振荡器、第08振荡器、第010振荡器的耦合权值和耦合相位差，第09振荡器的输出端分别向第03振荡器、第 08振荡器、第010振荡器、第06振荡器、第012振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号X9;第010振荡器的输入端接收右侧激励指令信号d,，及分别接收第04振荡器、第09振荡器的耦合权值和耦合相位差，第010振荡器的输出端分别向第04振荡器、第09振荡器、第 06振荡器、第012振荡器传送耦合权值和耦合相位差，及向外输出正弦波的振荡信号χ 1(|。
5.如权利要求2所述基于液位传感反馈的两栖仿生机器人运动控制装置，其特征在于，第05振荡器和第011振荡器的输出端分别输出正弦波的振荡信号、和xn，第06振荡器和第012振荡器的输出端分别输出正弦波的振荡信号、和x12;第05振荡器和第011振荡器之间通过耦合权值和耦合相位差耦合连接，当耦合相位差为0时，由正弦波振荡信号χ 5和Χ n的差值驱动左驱动轮动作实现地面运动，当耦合相位差为η时，由正弦波振荡信号X5和Χη的差值驱动左胸鳍舵机动作实现水下运动；第06振荡器和第012振荡器之间通过耦合权值和耦合相位差耦合连接，当耦合相位差为0时，由正弦波的振荡信号\ 6和Χ 12的差值驱动右驱动轮动作实现地面运动，当耦合相位差为η时，由正弦波的振荡信号X6和Χ 12的差值驱动右胸鳍舵机动作实现水下运动。
6.如权利要求2所述基于液位传感反馈的两栖仿生机器人运动控制装置，其特征在于，第01振荡器和第07振荡器分别输出正弦波的振荡信号、和X7的差值控制第一关节舵机；第02振荡器和第08振荡器分别输出正弦波的振荡信号χ 2和χ 8的差值控制第二关节舵机；第03振荡器和第09振荡器分别输出正弦波的振荡信号、和\9的差值控制第三关节舵机；第04振荡器和第010振荡器分别输出正弦波的振荡信号、和Xltl的差值控制第四关节舵机；第01振荡器和第07振荡器之间通过耦合权值和耦合相位差耦合连接，当耦合相位差为0时，由正弦波的振荡信号X1和Χ 7的差值控制第一关节舵机锁定实现地面运动，当耦合相位差为η时，由正弦波的振荡信号、和X7的差值控制第一关节舵机往复摆动实现水下运动；第02振荡器和第08振荡器之间通过耦合权值和耦合相位差耦合连接，当耦合相位差为0时，由正弦波的振荡信号X2和Χ 8的差值控制第二关节舵机锁定实现地面运动，当耦合相位差为η时，由正弦波的振荡信号X2和X8的差值控制第二关节舵机往复摆动实现水下运动；第03振荡器和第09振荡器之间通过耦合权值和耦合相位差耦合连接，当耦合相位差为0时，由正弦波的振荡信号<3和Χ 9的差值控制第三关节舵机锁定实现地面运动，当耦合相位差为η时，由正弦波的振荡信号、和X9的差值控制第三关节舵机往复摆动实现水下运动；第04振荡器和第010振荡器之间通过耦合权值和耦合相位差耦合连接，当耦合相位差为ο时，由正弦波的振荡信号\ 4和XltlW差值控制第四关节舵机锁定实现地面运动，当耦合相位差为η时，由正弦波的振荡信号、和X K1的差值控制第四关节舵机往复摆动实现水下运动。
7.如权利要求1所述基于液位传感反馈的两栖仿生机器人运动控制装置，其特征在于，所述头部光电液位传感器和尾部光电液位传感器根据水陆环境输出不同的高低电平信号，其中在陆地环境下输出高电平信号，在水下环境下输出低电平信号。
8.如权利要求7所述基于液位传感反馈的两栖仿生机器人运动控制装置，其特征在于，所述头部光电液位传感器和尾部光电液位传感器输出高电平信号时，控制每个关节舵机运动的两个振荡器间的耦合相位差为0 ；所述头部光电液位传感器和尾部光电液位传感器输出低电平信号时，控制每个关节舵机运动的两个振荡器间的耦合相位差为η。
全文摘要
本发明是基于液位传感反馈的两栖仿生机器人运动控制装置，包括控制模块、头部和尾部光电液位传感器、主控制器、胸鳍CPG模块、身体CPG模块，其中控制模块的输入端接收远程遥控发送来的运动控制指令并生成输出机器人运动的左、右侧激励指令信号dl和dr；头部和尾部光电液位传感器采集环境信息，并将环境信息生成并输出自主切换实现地面关节锁定和水下关节往复摆动的运动形式；主控制器的输入端分别连接控制模块、头部和尾部光电液位传感器的输出端；胸鳍CPG模块的输入端与身体CPG模块的输入端之间连接，相互间传送耦合权值和耦合相位差；胸鳍CPG模块的输入端、身体CPG模块的输入端分别与主控制器的输出端连接。
文档编号B60R16/02GK102320223SQ20111011985
公开日2012年1月18日 申请日期2011年5月10日 优先权日2011年5月10日
发明者丁锐, 喻俊志, 谭民 申请人:中国科学院自动化研究所