本发明涉及水下航行器编队控制实验的水下机器人装置，特别是涉及一种用于水下编队控制实验的仿生机器鱼系统。
背景技术：
1、随着国家海洋战略推进，学者们开始研究水下资源的开发利用问题。在复杂多变的海洋环境下，常利用自主水下机器人(automat i cunderwater veh i c l es,auv)通过搭载各种不同类型的传感器执行海事搜救、监测、搜索、环境勘察、监视侦察、反潜、环境监测和水雷检测等任务。随着auv技术的发展，各种任务对auv的需求越来越大，也越来越高，然而当面对高时效、大尺度的任务需求时，单个auv存在工作范围小、执行任务单一、效率低下和容错性较差等问题，已经无法满足任务要求。多auv编队协同系统凭借其高效性，可靠性以及更高的鲁棒性，可以有效提高作业的效率，降低执行任务的成本，为复杂海洋任务提供了新的解决思路。
2、近些年来，众多研究人员提出了很多不同的多auv编队控制方法，并且取得了良好的理论效果。任何理论需要实践的检验和验证，多auv编队控制实验验证尚未实现准确稳定的编队功能，主要存在以下方面的困难：
3、(1)硬件成本高：单auv机型较大，价格昂贵，编队实验至少需要3台以上auv，多auv系统成本更高；
4、(2)水下定位困难：队形保持是多auv协同编队能够稳定工作的关键技术，而实时获取编队中各成员的位置信息是编队队形保持控制的输入条件之一。当前多水下机器人编队方案中相互位置信息的获取主要依赖于声学定位，但声学定位方式难以在近距离内获得快速、稳定、准确的定位信息。同时，绝对定位法(水声定位法、惯性/航位推算法、海底地形匹配等方法)依赖的水声通信设备、惯导设备、dvl和声呐设备都需要较大功率，且比较笨重，无法应用于小型水下多机器人；
5、(3)水下通信困难，由于水下环境的特殊性，无线电信号的衰减快，auv潜入水中将无法接收gps信号，卫星定位导航系统应用受限。现有的单目视觉定位算法虽在硬件设置上十分便捷，但难以获取准确的目标三维坐标以及姿态信息，且极易出现目标被遮挡情况，从而无法实现立体的水下机器人编队。
6、相较于多auv系统，现如今发展起来仿生机器鱼具备造价低、噪音小、隐蔽性好、体型小、机动性能好等优点，仿生机器鱼的编队协同控制将是下一步的发展方向，具有广阔的应用前景。传统的水下导航方法主要包括惯性导航、声学导航等。随着通信技术的发展，超宽带(u l tra wi de band,uwb)技术越来越成熟，具有成本低、功耗低、穿透力强、抗多径衰减能力强的优点，也适合应用在各种水下设备中。单个uwb定位标签并不能完成水下定位，将uwb定位标签按分布式阵列排列就能够较好地接收各个方向的信号，进而实现水下定位。
7、综上，本发明提出一种用于水下编队控制实验的仿生机器鱼系统，解决现有多水下机器人编队控制实验验证中存在的问题。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种用于水下编队控制实验的仿生机器鱼系统，以解决现有技术存在的问题。
2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种用于水下编队控制实验的仿生机器鱼系统，包括：
3、上位机；
4、仿生机器鱼装置，所述仿生机器鱼装置包括机器鱼本体，所述机器鱼本体的背部固定连接有安装座，所述安装座上可拆卸连接有模块密封舱，所述机器鱼本体内设置有电子舱；
5、控制系统，所述控制系统固定在所述电子舱内；
6、uwb定位系统，所述uwb定位系统安装在所述模块密封舱内；
7、z i gbee通信系统，所述zi gbee通信系统设置在所述模块密封舱内，所述控制系统、所述uwb定位系统均与所述zi gbee通信系统电性连接，所述zi gbee通信系统与所述上位机之间信号连接；
8、深度传感系统，所述深度传感系统安装在所述机器鱼本体的腹部，所述深度传感系统与所述控制系统之间电性连接；
9、其中，所述模块密封舱的两端分别安装有密封组件。
10、根据本发明提供的用于水下编队控制实验的仿生机器鱼系统，所述控制系统包括：
11、stm32控制板，所述stm32控制板安装在所述机器鱼本体内所述深度传感系统、所述zi gbee通信系统均与所述stm32控制板电性连接；
12、电池组，所述电池组安装在所述机器鱼本体的内部所述电池组与所述stm32控制板之间电性连接。
13、根据本发明提供的用于水下编队控制实验的仿生机器鱼系统，所述uwb定位系统包括：
14、uwb定位基站模块，所述uwb定位基站模块与所述上位机信号连接；
15、uwb定位标签模块，所述uwb定位标签模块安装在所述模块密封舱内，所述uwb定位标签模块通过所述zi gbee通信系统与所述uwb定位基站模块信号连接。
16、根据本发明提供的用于水下编队控制实验的仿生机器鱼系统，所述zi gbee通信系统包括：
17、z i gbee第一通信模块，所述zi gbee第一通信模块与所述上位机电性连接；
18、z i gbee第二通信模块，所述zi gbee第二通信模块安装在所述模块密封舱内，所述zi gbee第二通信模块与所述uwb定位标签模块、所述stm32控制板之间通过can总线电性连接，所述zi gbee第一通信模块与所述zi gbee第二通信模块之间信号连接。
19、根据本发明提供的用于水下编队控制实验的仿生机器鱼系统，所述密封组件包括：
20、第一密封法兰，所述第一密封法兰可拆卸连接在所述模块密封舱的一端，所述第一密封法兰上螺纹连接有第一穿线螺栓；所述uwb定位标签模块的天线穿过所述第一密封法兰上的所述第一穿线螺栓伸出所述模块密封舱；
21、第二密封法兰，所述第二密封法兰可拆卸连接在所述模块密封舱的另一端，所述第二密封法上螺纹连接有所述第一穿线螺栓，所述zi gbee第二通信模块的天线穿过所述第二密封法兰上的所述第一穿线螺栓伸出所述模块密封舱。
22、根据本发明提供的用于水下编队控制实验的仿生机器鱼系统，所述密封组件还包括：
23、第一密封圈，所述第一密封圈设置有两个，两所述第一密封圈分别设置在所述模块密封舱两端的内壁，所述第一密封圈与所述第一密封法兰、所述第二密封法兰对应设置；
24、第二密封圈，所述第二密封圈设置有两组，两组所述第二密封圈分别设置在所述uwb定位标签模块的天线与所述第一密封法兰上的第一穿线螺栓之间、所述zi gbee第二通信模块的天线与所述第二密封法兰上的第一穿线螺栓之间。
25、根据本发明提供的用于水下编队控制实验的仿生机器鱼系统，所述密封组件还包括：
26、水密接插件，所述机器鱼本体的尾部开设有穿线孔，所述uwb定位标签模块与所述stm32控制板之间的所述can总线的一端通过所述穿线孔伸入所述机器鱼本体内，所述水密接插件设置在所述穿线孔与所述can总线之间；
27、第二穿线螺栓，所述第二穿线螺栓螺纹连接在所述第二密封法兰上，所述uwb定位标签模块与所述stm32控制板之间的所述can总线的另一端通过所述第二穿线螺栓伸入所述模块密封舱并与所述uwb定位标签模块电性连接。
28、根据本发明提供的用于水下编队控制实验的仿生机器鱼系统，所述深度传感系统包括安装在所述机器鱼本体腹部的深度传感器，所述深度传感器与所述stm32控制板之间电性连接。
29、根据本发明提供的用于水下编队控制实验的仿生机器鱼系统，所述机器鱼本体的前端安装有led灯和摄像机。
30、根据本发明提供的用于水下编队控制实验的仿生机器鱼系统，所述机器鱼本体的安装座上固定连接有若干个抱箍，所述模块密封舱通过所述抱箍与所述安装座之间可拆卸连接。
31、本发明公开了以下技术效果：
32、1)本发明结构简单，体型小，造价低，机动性高。并且，采用zi gbee网络作为通信系统表现出更为高效、便捷的特征。采用uwb作为定位系统，解决了编队实验中机器人在水下定位困难重大难题，具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、截获率低、系统复杂度低、能提供数厘米的定位精度等优点。研究人员可用该仿生机器鱼装置来进行水下机器人编队控制的初步实验验证。
33、2)本发明由于uwb的超宽频带的特性，从而可以实现仿生机器鱼装置相对位置的精确测量，并且由于uwb无线电本身抗干扰能力强，穿透力强，所以本发明的定位系统具有很强的稳定性。基于uwb的定位具有抗干扰能力强、不会对同一环境下的其他设备产生干扰、穿透性较强(能在穿透一堵砖墙的环境进行定位)，具有很高的定位准确度和定位精度，进而可以提高编队控制效率。
34、3)与市面上其他uwb定位产品相比，本发明仿生机器鱼装置均采用uwb(定位)加zigbee(通信)进行创新融合组网，在水下环境应用场景下，增加了z i gbee通讯优势。
35、4)工作模式情况下，zi gbee技术传输速率低，传输数据量很小，因此信号的收发时间很短。非工作模式时，zi gbee处于休眠模式非常省电。融合应用uwb和zi gbee网络，有效降低标签综合功耗，增加整体续航。
1.一种用于水下编队控制实验的仿生机器鱼系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种用于水下编队控制实验的仿生机器鱼系统，其特征在于，所述控制系统包括：
3.根据权利要求2所述的一种用于水下编队控制实验的仿生机器鱼系统，其特征在于，所述uwb定位系统包括：
4.根据权利要求3所述的一种用于水下编队控制实验的仿生机器鱼系统，其特征在于，所述zigbee通信系统包括：
5.根据权利要求4所述的一种用于水下编队控制实验的仿生机器鱼系统，其特征在于，所述密封组件包括：
6.根据权利要求5所述的一种用于水下编队控制实验的仿生机器鱼系统，其特征在于，所述密封组件还包括：
7.根据权利要求5所述的一种用于水下编队控制实验的仿生机器鱼系统，其特征在于，所述密封组件还包括：
8.根据权利要求2所述的一种用于水下编队控制实验的仿生机器鱼系统，其特征在于：所述深度传感系统包括安装在所述机器鱼本体(5)腹部的深度传感器(19)，所述深度传感器(19)与所述stm32控制板(17)之间电性连接。
9.根据权利要求1所述的一种用于水下编队控制实验的仿生机器鱼系统，其特征在于：所述机器鱼本体(5)的前端安装有led灯(20)和摄像机。
10.根据权利要求1所述的一种用于水下编队控制实验的仿生机器鱼系统，其特征在于：所述机器鱼本体(5)的安装座上固定连接有若干个抱箍(16)，所述模块密封舱(8)通过所述抱箍(16)与所述安装座之间可拆卸连接。
