仿生机器鱼介绍

仿生机器鱼技术研究自然界中的鱼类一直以来都是人们研究的对象，鱼类的运动方式、行为方式、环境适应性等都是人们经常关注的内容。

受这些启发，仿生机器鱼的研究在近年来逐渐发展起来，成为一项备受关注的技术领域。

一、仿生机器鱼的定义究竟什么是仿生机器鱼呢？它是一种能够模拟自然界鱼类外形及运动方式的机器人。

正如其名称所暗示的那样，仿生机器鱼证明了人类已经可以从自然界中学习并将其应用于技术领域的重要性。

它不仅可以作为一种装置或设备来运用于人工环境中，还可以是一种科学研究工具，在探索深海环境及鱼类行为等领域有着广阔的应用前景。

二、仿生机器鱼的研究内容仿生机器鱼涉及到多个学科领域，比如机械、电子、流体力学、生物学等，其研究内容主要包括以下几个方面：1、外形设计：仿生机器鱼的外形设计是整个研究的第一步。

与自然界中的鱼类相比，仿生机器鱼的形态需要更符合机器人的适用需要。

设计者们需要做出折中考虑，既能减小机器人的重量，又能提高机器人在水中的运动稳定性和水动力性能。

2、材料选择：仿生机器鱼的各部件需要支持与水密支持，还需要经得起海洋环境的各种考验，因此，各种材质的选择显得尤为重要。

选择的材质需要同时具备轻便、强硬、防腐等特点。

3、运动方式：仿生机器鱼运动的方式和自然界中的鱼类有很大不同。

最近的仿生机器鱼运用了一种名为“阿克曼接头”的机构，用于保证仿生鱼在不同深度和遇到不同的阻力时都能灵活移动。

4、智能控制：仿生机器鱼的运动不是像简单机器人那样由人来遥控，而是需要一定的智能控制系统。

基于电子、智能控制等科学技术，在仿生机器鱼上实现智能控制是一项非常重要的任务。

三、仿生机器鱼的应用前景仿生机器鱼的应用前景非常广阔。

考虑到它可以在深海环境中工作，以及在仿生鱼的形态和运动特性中，仿生机器鱼技术在探测和监测水下能源资源、海洋环境监测、海岸线防卫、水下救援等方面都有广泛应用的可能。

此外，仿生机器鱼还有其它种种惊人的应用前景。

比如，仿生机器鱼可以被用于产生能量，尤其是在小型机器人中，可由仿生机器鱼中提取能量供给机器人的运动。

“仿生鱼”科技技术1.概念仿生机器鱼是一种按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装置。

仿生机器鱼可以进行长时间、大范围、工况较复杂的水下作业，可以用于机动性能要求较高的场合，进行海洋生物考察、海底勘探和海洋救生等等许多场合。

最近几年来，国内外许多研究机构和高等院校对仿生机器鱼（图片来源于维基百科）行了大量的研究，并且在各个领域中得到了实际运用。

英国埃塞克斯大学的研究人员向泰晤士河投放专门设计的仿生机器鱼，用于探测水中的污染物，并绘制河水的3D污染图。

日本三菱重工也已经将研究的仿生机器鱼玩具批量生产。

中国北京航空航天大学和中国科学院研制的SPC-II仿生机器鱼也成功地用于水下考古探测。

2. 原理仿生机器鱼主要是模仿机器鱼的外形和运动规律，尽心环境数据收集。

其模仿鱼类外形和运动规律的目的是为了实现鱼类高效的游动效率和良好的机动性。

所以在仿生方面尤其注意鱼体和鱼鳍的模仿和控制。

鱼主要有背鳍、胸鳍、腹鳍、臀鳍和尾鳍。

胸鳍：它的基本功能为运动、平衡和掌握运动方向。

腹鳍：主要协助背鳍、臀鳍维持鱼体的平衡，并有辅助鱼体升降和拐弯功能。

尾鳍：有平衡、推进和转向的作用，尾的扭曲和伸直使鱼体产生前进运动。

鱼类的运动方式主要为波浪式运动，或称游泳。

借助于连续的肌节收缩与舒张，从头部开始的收缩在身体两侧交替进行，形成波浪式的传递，使收缩波传向尾部，身体则向收缩的一侧弯曲使成S型。

收缩在尾部结束，尾部将收缩的力传给水，这个力被水以同等大小、但方向相反的反作用力作用于尾部。

这个力向前的分力是鱼体向前运动的主要推进力。

目前各个研究单位研究的仿生机器鱼的结构不尽相同，但是都主要通过模仿和控制鱼鳍的运动来达到运动目的。

典型仿生机器鱼的结构如下图所示，主要有视频模块、导航模块、（图片来源于维基百科）任务调度模块、运动控制模块、通讯模块、电源模块和尾鳍模块。

仿生机器鱼的推进方式主要有两种：摆动式和波动式。

仿生机器鱼介绍ppt xx年xx月xx日contents •引言•仿生机器鱼的应用场景•仿生机器鱼的原理•仿生机器鱼市场•仿生机器鱼的技术瓶颈•仿生机器鱼的未来展望•其他相关资料与文献目录01引言仿生机器鱼是模仿自然界中鱼类外形结构和游动行为的机器鱼。

定义主要包括机械机构设计、水动力学分析、自主控制方法及系统集成等方面的研究。

研究内容简介1仿生机器鱼的意义23仿生机器鱼可以代替人类在海洋中探索和观测，对海洋资源进行更深入的了解和开发。

探索海洋仿生机器鱼可以监测海洋污染和环境变化，为环境保护提供数据支持。

环境监测在灾难发生时，仿生机器鱼可以快速到达现场进行救援和搜救，提高救援效率。

海洋救援仿生机器鱼的种类与特点水下滑翔机则具有长航程、低能耗的优点，可以在水下持续观测和探测。

群体仿生机器鱼具有分布式、模块化的特点，能够完成大规模的水下任务。

单体仿生机器鱼具有高度的灵活性和机动性，可以执行各种复杂的水下任务。

类型：根据外形和功能，仿生机器鱼可分为单体仿生机器鱼、群体仿生机器鱼和水下滑翔机等类型。

特点02仿生机器鱼的应用场景探测海洋资源仿生机器鱼可以用于探测海洋中的生物、石油、天然气等资源，帮助人类更好地了解海洋资源的分布和储量。

水下考古仿生机器鱼也可以用于水下考古，探索水下遗址和文物，为人类历史文化的研究提供重要资料。

水下探测水质监测仿生机器鱼可以在水域中监测水质，包括pH值、溶解氧、浊度等参数，为环境保护提供数据支持。

气候变化研究仿生机器鱼还可以用于研究气候变化，通过长期监测水域变化，为气候模型提供重要数据。

环境监测仿生机器鱼可以用于电影拍摄，作为特效镜头制作和场景布置的重要元素，营造出更加逼真的水下场景。

电影拍摄仿生机器鱼也可以作为娱乐玩具，供人们休闲娱乐和互动，增加生活情趣。

娱乐玩具娱乐行业侦查探测仿生机器鱼可以用于军事侦查和探测，在水下进行情报收集、目标定位等任务，提高作战效果。

水下威慑仿生机器鱼也可以作为一种水下威慑力量，用于防范敌方潜艇等水下装备的入侵和攻击，维护国家安全。

未来奇兵仿生机器鱼仿生技术的军事应用正在快速发展，各国都投入大量资金深入开展从空中的掌上飞机、地面的微型昆虫到水下的仿生机器鱼等方面的一系列理论和技术研究。

其中，水下仿生机器鱼的发展更是如火如荼。

仿生机器鱼是模仿鱼类游动的推动机理，通过机械、电子机构或功能材料（形状记忆合金、人造肌肉等）来模拟鱼类的游动推进动作，在水中利用身体、尾鳍或胸鳍的摆动产生推进波，并作用于身体产生向前推力，从而实现运动的水下航行器。

三种模式根据推进模式访生机器鱼的推进方式可分为三类：身体波动式，(鱼+参)科及(鱼+参)科加新月形尾鳍模式和胸鳍模式。

身体波动式是模仿鳝鱼等鳗鲡目鱼类的游动方式，整个身体都参与大振幅波动运动，推进波的速度大于鱼的游动速度，并与鱼的游动方向相反地在身体上传播产生推进力。

此类仿生机器鱼多采用多关节机构，每个关节安装一个小型伺服电机配合作用进行扭转摆动推进。

也可采用形状记忆合金做鱼身，采用电激励或其他形式激励，控制合金的温度变化从而产生形变带动身体摆动。

其实人们所熟悉的机器蛇在水中若能浮起就变成了机器鱼。

此类机器鱼由于身体细长，柔韧性好，所以机动性极好，但一般只能飘浮，无法进行沉浮。

(鱼+参)科及(鱼+参)科加新月形尾鳍模式是大部分鱼类（如海豚、鲨鱼、金枪鱼等）采用的推进模式。

由于身体刚度较大，波动主要集中在身体后部分，推进力主要由具有一定刚度的尾鳍提供，其推进速度和推进效率比身体波动式高。

(鱼+参)科模式的推进部分是鱼体的后2／3部分，而(鱼+参)科加新月形尾鳍模式身体刚度更大，推进部分为身体后1／3部分，侧向位移主要产生在后颈部和尾鳍，尾鳍产生90％的推进力，身体前2／3部分保持刚性。

目前，(鱼+参)科及(鱼+参)科加新月形屋鳍模式的机器鱼研究较多，可以采用具有一定刚度的材料做前鱼体和尾鳍，鱼尾采用刚性或弹性材料，由电机驱动进行摆动。

其结构复杂程度不同，最简单的可以由电机直接驱动一根刚性杆状鱼尾摆动，复杂的可做成类似身体波动式的多关节或弹性鱼尾，由一部或多部电机配合驱动或采用形状记忆合金做鱼尾。

04年它是由北京航空航天大学机器人研究所和中国科学院自动化研究所共同研制的仿生机器鱼。

机器鱼系统由动力推进系统、图像采集和图像信号无线传输系统、计算机指挥控制平台3部分组成。

只要将指令通过无线电信号传给机器鱼中的计算机，计算机就可以按指令控制机器鱼做出动作。

机器鱼同时装有卫星定位系统，也就是它头上的那个“小蘑菇”，如果启动该系统，机器鱼还可以自行按设定航线行进。

机器鱼的体表不是软的，非常坚硬，表面很光滑。

机器鱼没有眼睛和嘴，只是在嘴的位置有一个直径5厘米的玻璃圆孔，那是水下摄像的窗口。

让机器鱼在水中自由游动起来，花费了我国科学家4年多的时间，这充分说明了这项技术的复杂性和难度。

究人员想出了去掉尾柄减轻重量的办法，可是只留尾鳍又产生新的问题，这就是如何保证机器鱼要转弯时，尾鳍既能保持方向，又能摆动产生推进力。

总之，问题层出不穷，按下葫芦又浮起瓢。

13年欧盟应用于海上石油和天然气工业开采，虹鳟鱼（Rainbow Trout）是水下“混合泳”高手，研发团队开发的外形、大小、行为和动态类似虹鳟鱼的仿生鱼机器人模型，迄今为止最大的缺陷，是不能像虹鳟鱼一样感知周围的流速并变换游泳姿态。

研发团队的成功，也是最关键的技术突破，来自成功开发出可模仿动物毛发细胞感应生理学（Hair Cell Sensing Physiology）的人工毛发细胞。

研发团队开发的仿生虹鳟鱼，通过安装在鱼胸部的独立变速马达控制尾部摆动，摆动产生的波动波可促使仿生鱼后部摆动而前身基本平行，从而保证仿生鱼类似于虹鳟鱼的前行姿态。

感应装置和控制装置安装在密封不透水的鱼头部，通过控制并改变尾部材料特性改变仿生鱼的游泳姿态。

仿生鱼经过在实验室流体动力学流罐（Flow Tank）的反复试验和优化设计，不仅可以在急速变化的水流中，而且可以在涡流中保持类似虹鳟鱼前行的姿态。

07哈工程这款仿生鱼使用电磁感应方法，并采用多关节的复杂系统使其运动更加灵活，自由度更高，具有噪音低，运动灵活，高效节能等优点。

仿生机器鱼介绍范文仿生机器鱼是一种仿照真实鱼类外形和行为特征而设计的机器人。

它能够在水中自由游动，模拟鱼类的游泳动作，具备与真实鱼类相似的机械和电子传感器系统，可以对水质环境进行监测，进行水文调查和探测工作。

仿生机器鱼是一项综合了机械、电子、自动控制、生物学等多项技术的创新性研究项目。

仿生机器鱼的外形和结构设计一般基于真实鱼类的形态特征。

它通常由鱼体、尾鳍、背鳍、胸鳍、腹鳍和各种传感器组成。

鱼体一般采用轻质材料制成，以便提高其浮力和敏捷性。

尾鳍则是仿照真实鱼类的鱼尾设计，能够通过尾鳍的摆动来推动鱼体的运动。

同时，仿生机器鱼还配备了多个灵活可动的鳍，可以模拟鱼类的踏水和转向动作，以更好地适应不同的水流条件。

仿生机器鱼内部的机械和电子传感器系统是实现其智能水下探测和监测功能的关键。

它通常包括电机、传感器、控制器和通讯模块等。

电机用于驱动鱼体和鳍的运动，通过改变尾鳍和鳍的振动频率和幅度来调节鱼体的速度和方向。

传感器用于感知水质环境，包括温度、深度、盐度、酸碱度等参数的测量。

控制器根据传感器反馈的数据，运用自主控制算法，实现鱼体的自主导航和自主决策。

通讯模块则用于与其他仿生机器鱼或指挥中心进行无线通讯。

仿生机器鱼在实际应用中具有广泛的潜力和重要的价值。

首先，仿生机器鱼可以用于水下探测和监测任务。

它可以携带高精度的传感器，对水质环境进行实时监测和数据采集，为水文调查、海洋科学研究和环境保护等领域提供宝贵的信息。

其次，仿生机器鱼还可以用于水下和救援行动。

它可以在水下进行灵活的和救援任务，寻找被困的人员或物品，提高搜救工作的效率和准确性。

此外，仿生机器鱼还可以用于水下工程、海底资源勘探、海洋军事等领域，发挥重要的作用。

虽然仿生机器鱼在水下探测和监测领域具有广泛的应用前景，但目前还面临一些技术挑战和发展难题。

首先，仿生机器鱼的设计和制造要求较高，需要融合多学科的知识，如机械、电子、自动控制、生物学等。

其次，仿生机器鱼需要具备较长的工作时间和较高的工作稳定性，以满足长期水下探测和监测的需求。

仿生机器鱼机械原理仿生机器鱼是一种模拟自然鱼类的运动方式和外形的机器人，其可以在水中自主地游动，具有良好的灵活性与适应性。

它是从仿生学的角度研究机器人运动的一项尝试，其设计灵感源于自然界中鱼类的运动方式和结构特点。

本文将从仿生机器鱼的原理、结构及运动学等方面进行概述。

一、机械原理仿生机器鱼的机械原理主要包括水动力学、气动力学、动力学和控制学等领域的相关知识。

其中，水动力学是仿生机器鱼设计的核心原理之一。

它主要是根据自然界中鱼类运动时所受到的阻力、流场和进动场等的物理特性进行仿生设计。

在这其中，仿生机器鱼的设计者通过运用流体的力学原理来描述机器鱼游动时水流的流向和线速度等性质。

具体来讲，当仿生机器鱼在水中运动时，其所受到的水流阻力是影响其运动速度和控制的重要因素之一。

而在运动时，仿生机器鱼发射出来的水流会与周围的水体产生相互作用，这种作用会造成在机器鱼背后形成密集的漩涡并转向机器鱼。

这些漩涡的生成与消失是在运动机器鱼导向上的一个重要因素。

另外，气动力学也是影响仿生机器鱼运动性能的重要因素之一。

在仿生机器鱼的运动过程中，机身表面会产生许多涡旋和漩涡，这些漩涡会降低机体的流线形与阻力系数，并对机器鱼的灵活性产生重要影响。

因此，在设计仿生机器鱼时，必须要考虑到机体表面的纹理设置和水面的涡旋结构等因素。

最后，在仿生机器鱼的设计过程中，还需要考虑机器人的动力学和控制系统。

运用的方式是利用机械学的知识设计出相应的传动机构。

同时，控制系统的设计原则是根据仿生机器鱼的运动特性建立运动模型，然后利用模型预测已知或未知的水动力特性。

二、结构设计从结构设计的角度看，仿生机器鱼主要由机身、尾鳍、肌肉和电子控制器等组件构成。

其中，机身主要是由机体壳体、动力系统和控制系统等部分组成。

机身壳体主要是采用复合材料制成，用于保护机体电路和机械传动系统。

动力系统主要由电机和推进器组成，用于为鱼体提供动力。

控制系统则主要由一个嵌入式电子系统进行控制。