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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。
目录未名Q鱼 ......................... 错误!未定义书签。
机器鱼系列产品. (4)性能参数： (4)机器海豚系列产品 (7)性能参数： (8)仿生海洋生物进化系列演示平台 (8)水下多机器人协作实验平台 (10)人形机器人双足机器人是一款人形机器人产品，外形可爱身材小巧的机器人能够象人一样的自主行走、舞蹈、打太极拳、体操、上下楼梯等表演。
操作者可通过电脑或遥控器、语音来遥控其动作，也可以通过编程让其实现自己所需要的高难度动作。
17个伺服电机可远程编程，随时更新动作程序图形化操控界面自由度：17个自由度尺寸：25*7*20电池：5V 2500mAH 镍氢电池未名Q鱼采用模块化的设计思想，把所述仿生机器鱼分为传感交互部分、仿生推进部分、上升下潜部分、动力电源部分、控制通讯部分和骨架外形部分等6部分。
前5部分各自独立，通过防水软管相互连接，依次固定在骨架上与外形相互连接，构成所述仿生机器鱼。
这种结构使各部分相互独立，使维修、更换方便，并且减少了由于整体封装而带来的密封问题。
传感交互部分装有超声传感器以感知前方障碍物的距离，并在所述仿生机器鱼的头部装有LED灯，通过灯光的变化与外界产生交互作用。
仿生推进部分使用直流电机通过机械机构的变换之后，把电机的连续转动变换为正弦规律的来回摆动运动。
上升下潜部分采用鱼漂的原理实现仿生机器鱼的上升下潜，动力电源部分采用可充电Li电池为整个系统提供能源。
控制通讯部分通过无线或超声通讯接收遥控器的遥控指令，并为仿生推进部分和上升下潜部分提供控制信号。
骨架外形部分使各部分在机械上相互连接，并能够选用金鱼、鲤鱼、鲨鱼等造型。
机器鱼系列产品Rofish 为仿生机器鱼系列产品，该产品以先进的电子、机械技术，模拟鱼类的游动方式，通过新材料对其外形进行精确仿真，使之达到以假乱真的效果。
性能参数：➢体长：20cm--80cm，需要特殊尺寸可定做。
➢外形：锦鲤、金鱼、海豚、鲨鱼等，可定制。
仿生机器鱼的设计与控制方法研究摘要：仿生机器鱼是一种模仿鱼类运动方式和外形结构的智能机器人。
它具有良好的机动性和适应性，可应用于水下探索、水环境监测和救援等领域。
本文对仿生机器鱼的设计与控制方法进行了研究，包括机器鱼的结构参数选择、运动模型建立和控制策略设计。
1. 引言随着工业技术的不断进步和人类对水下领域的不断探索，仿生机器鱼作为一种新型的智能机器人逐渐受到关注。
仿生机器鱼以其类似鱼类的流线型外形和灵活的运动方式，能够在水下环境中进行高效的工作，具有广阔的应用前景。
2. 仿生机器鱼的结构设计2.1 外形结构仿生机器鱼的外形结构应该模仿真实鱼类的形态，以获得更好的机动性和适应性。
在设计时需要考虑鱼类生物学特征，并结合目标任务进行适当的优化。
常见的仿生机器鱼结构包括鱼头、鱼身和鱼尾三个部分，并且通常采用模块化设计，以方便维修和升级。
2.2 材料选择仿生机器鱼的材料选择需要具备一定的强度和柔韧性，能够承受水下环境的压力和扭曲。
一般采用水下耐腐蚀的材料，并根据需要进行防水处理和密封设计。
3. 仿生机器鱼的运动模型仿生机器鱼的运动模型是对其运动原理进行数学建模，以实现运动控制和路径规划等功能。
模型建立的关键在于准确描述仿生机器鱼的运动机制，并考虑水流、水压和机器鱼的物理特性等因素。
4. 仿生机器鱼的控制方法4.1 基于自主学习的控制方法基于自主学习的控制方法利用机器学习算法，通过对仿生机器鱼进行训练和学习，提高其感知和决策能力。
这种方法可以实现适应性控制，使机器鱼能够在不同环境下自主调整运动策略。
4.2 基于反馈控制的控制方法基于反馈控制的方法通过传感器获取机器鱼的状态信息，并根据设定的控制策略进行调整。
这种方法需要建立准确的控制模型，并进行实时的状态反馈和控制计算。
5. 仿生机器鱼的应用领域仿生机器鱼可以应用于水下探索、水环境监测和救援等领域。
在水下探索中，仿生机器鱼可以携带传感器进行海底地质勘测和海洋生物观察；在水环境监测中，仿生机器鱼可以监测水质、测量水流速度等参数；在救援领域，仿生机器鱼可以进行水下搜救和救援行动，提高救援效率。
仿生机器鱼的设计与智能控制的开题报告一、研究背景和意义随着机器人技术和电子控制技术的不断发展，仿生机器人逐渐成为一种研究热点和发展趋势。
仿生机器人是指模仿生物的外形、结构、动态特性和智能行为，使机器人与生物更加相似，具有更强的适应性和智能化。
其中，仿生机器鱼作为一种仿生机器人，具有良好的水下机动性和仿真性，广泛应用于水下探测、海洋生物学研究、水下资源勘探等领域。
因此，研究仿生机器鱼的设计与智能控制技术，对于推动机器人技术的发展和促进人类社会的进步具有重要意义。
二、研究现状目前，国内外对于仿生机器鱼的研究主要集中于其肢体结构设计和控制系统的优化。
传统的仿生机器鱼通常采用杆式驱动或者薄膜式驱动的机构，但其运动速度较慢，机动性差，难以满足实际应用的需要。
为了提高仿生机器鱼的速度和灵活性，近年来出现了一些新型的驱动机构设计。
例如，采用阿基里斯腱式弹性储能结构作为鱼尾驱动单元的仿生机器鱼，其速度可以达到1.4倍机身长度每秒，具有较高的机动性和运动稳定性。
在控制系统方面，目前最为常见的方法是采用PID控制算法实现姿态稳定和运动控制。
但是，由于水下环境复杂多变，加之水动力学效应的影响，PID控制算法在实际应用中存在一些局限性，如运动控制精度低、鲁棒性弱等问题。
因此，目前研究人员开始尝试应用自适应控制算法和模糊控制算法来解决这些问题，使仿生机器鱼的运动控制更加精准和稳定。
三、研究内容和方法本文拟从仿生机器鱼的机构设计和智能控制两个方面展开研究，具体内容包括：1. 设计阿基里斯腱式弹性储能结构的仿生机器鱼，并分析其水动力学特性和运动性能；2. 尝试应用基于自适应控制和模糊控制的控制算法，分析其在仿生机器鱼运动控制中的适用性和优劣；3. 基于实验数据和仿真模拟结果，对仿生机器鱼的设计和智能控制进行优化和改进，提高其运动速度和机动性。
本文主要采用理论分析、仿真模拟和实验验证相结合的方法，将阿基里斯腱式结构应用于仿生机器鱼的设计中，并对控制算法进行比较和分析，以验证仿生机器鱼的运动性能和控制效果。
第18卷第3期2011年6月工程设计学报Journal of Engineering DesignVol.18No.3Jun.2011收稿日期:2011 01 03.基金项目:浙江省高校青年教师资助计划项目(浙教办高科[2010]175号);台州职业技术学院校级重点课题(2011ZD04).作者简介:章永华(1980 ),男,浙江台州人,工程师,博士,从事仿生机器人研究,E mail:yhzhang@tzvtc.co m.DOI:10.3785/j.issn.1006 754X.2011.03.003仿生机器鲫鱼的设计及运动学实验研究章永华1,何建慧1,颜 钦2(1.台州职业技术学院机电工程学院,浙江台州318000;2.中国科学技术大学精密机械与精密仪器系,安徽合肥230027)摘 要:为实现利用机器鱼进行自主水下生态环境监测、资源勘查和军事侦察等目标,选择了集高效性、高机动性和高稳定性于一体的鲫鱼作为仿生对象.基于鲫鱼形态、骨骼结构和运动学的研究基础,运用仿生学工程原理,开发了高性能的仿生机器鲫鱼模型.详细分析了仿生鲫鱼的设计原理,给出仿生鲫鱼的运动学方程,实验揭示了仿生鲫鱼频率、波幅、波长和相邻关节间的相位差等运动学参数对游动速度的影响规律.通过研究发现:仿生鲫鱼能够有效地在水中游动,游动速度随频率的增加而增加,到频率为1 58H z 左右的时候,游速达到最大值0 48BL /s,随后随频率的增加游速反而降低.随着波幅的增大,机器鲫鱼的游动速度明显增加,当波幅达到6 3cm 时,游速达到最大值0 43BL /s,但之后游速反而略有下降.实验范围内,波长对推进速度的影响基本上是随波长增加而增加.游动速度一开始随相邻关节相位差的增大而增加,到相邻关节相位差为78 左右的时候,游速达到最大值0 35BL /s,随后游速反而下降.研究结果可为今后研制高性能的仿生水下推进器提供理论和实验方法上的参考.关键词:鲫鱼;实验研究;仿生设计;运动学参数;机器鱼中图分类号:T P 24 文献标志码:A 文章编号:1006 754X(2011)03 0167 07Design a nd kinematics parametric investigation of b iomimetic robo tic crucianZH ANG Yong hua 1,H E Jian hui 1,YAN Qin 2(1.Department of Mechatronics Engineering ,Taizhou Vocational Technical College,Taizhou 318000,China;2.Department of Precision M achinery and Precision Instrumentation,U niversity of Science and Technology of China,Hefei 230027,China)Abstract:For the pur pose of autom atic env ironment monitoring,reso urce detecting and military reconno itering by using ro botic fish,w e selected crucian w hich concentrated hig h efficiency ,high maneuverability and high stability as bionic object.Thro ug h principle of bio mimetic eng ineering,w e developed a bioro bo tic crucian model based on mo rpholo gy,skeleto n structure and kinem atics of the crucian species.M eanw hile,a detailed analysis w as pro vided on the design pr inciple,the kinem atic equation w as built,and ex periments w er e conducted to investigate the influences of ki nematic parameters including the frequency,the amplitude,the w av e length and the phase differ ence on velocity.Fro m the ex periments,the fish w as able to g enerate enoug h thrust in static w a ter conditions to propel itself.T he propulsion speed increases with frequency ,and reaches its maxim um value 0 48BL/s at 1 58H z,then decreases w ith frequency;the propulsion speed also increases w ith am plitude,and reaches its maxim um value 0 43BL/s at 6 3cm ,then slightly de creases;the pro pulsion speed alw ay s incr eases w ith w aveleng th in our ex periment;finally,the pro pulsion speed increases w ith the phase difference,and reaches its max im um value 0 35BL/s at 78 ,then decreases.The research results provide valuable theoretical and exper im ental r efer ences fo r dev elo ping high performance bionic underw ater pro pulso rs in future.Key words:crucian;ex perim ental research;biom imetic design;kinem atics param eter;robot fish鱼类经过长期的自然选择和进化过程,形成了适应水下环境的独特能力,进化出身体/尾鳍推进模式(BCF 模式)和中央鳍/对鳍推进模式(M PF 模式)两种典型的游动模式[1 2].其中BCF 模式根据体波波长占体长的百分比又被划分为Ostraciifor m,Carangiform 和Anguilliform 三种形式[3].对于采用Ostraciifo rm 运动方式的鱼类而言,身体在游动过程中几乎保持刚性,仅靠尾部以及尾鳍的小摆幅波动推进.相反,对于采用A ng uilliform 运动方式的鱼类而言,整个身体在游动过程中作大幅度的波状运动,从而推动自身前进或后退.采用Carangifo rm 运动的鱼类则介于两者之间,其身体前2/3保持刚性,后1/3作波状运动.3种运动方式当属采用Car angiform 方式的鱼类游动效率最高[4].自从第1条真正意义上的机器鱼于1994年在MIT 诞生以来[5],机器鱼所展现出的高机动性、高效性、极小的噪声和对水下生物的相容性,在世界范围掀起巨大的研究热潮.学者们采用诸如直流电机、伺服电机、舵机等传统机电驱动,或采用形状记忆合计、压电陶瓷、高分子聚合物等新型智能材料驱动器,研制出一系列BCF 和M PF 模式的机器鱼.典型的代表有美国M IT 研制的Ro boT una,RoboPike [6 7],美国麻省理工学院、哈佛大学、华盛顿大学联合研制的一种三维柔性仿生太阳鱼鱼鳍[8 9],日本运输省的PF 系列和日本三菱公司的仿腔棘鱼类机器鱼[10],英国Essex 大学的机器鲤鱼系列[11 12],新加坡南洋理工大学的机器鳐鱼[13 14],印度尼西亚Bandung 技术学院研制的Labr iform 机器鱼[15].国内的机器鱼主要有北京航空航天大学研制的机器鳗鱼和仿生蝠鲼机器鱼[16 17]、北京自动化研究所的机器鱼[18]、哈尔滨工业大学的仿生乌贼[19 20]、浙江大学的仿乌贼复合推进模式的推进器[21]、国防科技大学的仿生魔鬼鱼[22 23]和中国科学技术大学的机器鱼[24 25]等,另外哈尔滨工程大学和东南大学等都进行过机器鱼的研制工作[26 27].在湍流的环境中保持稳定性和游动的高效性,是仿生机器鱼实现广泛应用的重要前提条件之一.通过综合分析BCF 和M PF 鱼类的特点,Car angi form 具有最佳的综合游动效果.鲫鱼是最常见的隶属于该游动模式的鱼类,因此本文选择该鱼作为仿生对象进行研究.本文在详细分析鲫鱼形态、骨骼结构和运动学的基础上,设计了一条仿生机器鲫鱼,给出该鱼的运动学方程,实验研究了运动学参数对无量纲游动速度的影响,为今后研制高性能的仿生水下推进器提供理论和实验方法上的参考.1 生物学启示鲫鱼,如图1所示,是一种典型的Carang iform 鱼类.早期在对鲫鱼形态学的研究中,我们发现:不同大小鲫鱼的轮廓曲线存在很大差别,但是相对鱼体长度的无量纲量之间却没有太大的差别,也就是说鲫鱼个体差异对于鱼体无量纲化的轮廓曲线没有太大的影响.同时还发现:鲫鱼体长、叉长和总长之间始终保持良好的线性关系,而不受个体差异的影响[28 29].另外,鲫鱼个体差异对于脊椎无量纲化长度影响不大;脊椎关节的相对最大角速度和角加速度随着游速的增加而变大;而在同一游速下,1个运动周期内脊椎关节的角度差、角速度和角加速度出现2次极大值.图1 鲫鱼Fig.1 Crucian2 仿生机构设计2.1 机构原理在仿生机器鲫鱼设计时,坚持形态仿生和结构仿生相结合的理念.基于前期对仿生对象活体鲫鱼形态参数和骨骼参数的测量数据,利用三维机械设计软件Solidw o rks,经拉伸、旋转、放样、切除、组装等操作得到如图2所示的机器鲫鱼三维结构装配示意图及加工需要的零件图.机器鲫鱼总体尺寸为605mm 80m m 200m m,重3 8kg.该机器鱼由鱼头、鱼体和鱼尾三部分组成.鱼头的主要材料为玻璃纤维,利用快速成型技术加工而成.作为机器鱼的指挥中心,鱼头内装有控制电路、传感器、沉浮调节机构、电源、充电和无168 工 程 设 计 学 报 第18卷图2 机器鲫鱼三维结构F ig.2 3D mechanical structure of r obotic cr ucian线通信模块.控制电路的核心是型号为TM S320LF2407的DSP 芯片,具有接收传感器信号,经决策后产生相应的PWM 信号控制电机运动以及与主机通讯的能力.头部有3个红外距离传感器、1个倾角传感器和1个加速度传感器三种类型的传感器.其中红外距离传感器型号为GP2D12,经过特殊防水处理后呈三角形分布安装在头部,用于感知环境实现自主避障.而倾角传感器和加速度传感器则用于感知自身的游动状态.沉浮运动是仿生水下机器鱼必须具有的最基本的功能之一,由于悬浮是非稳态的,通常机器鱼是按照正浮力设计,其大小一般为总重量的1%~3%.仿生机器鲫鱼采用重心调节法实现沉浮运动,通过直流电机带动材料为40Cr 的丝杠旋转,带动铅质配重块沿导向轴前后移动.无线通讯模块采用上海桑博公司的无线通讯传输模块STR 30.鱼体外廓包络形状与仿生对象一致,骨架为硬铝椭圆环,FU TABA 公司型号为S9402的4只舵机可实现鱼体的四自由度运动,与许多仿生机器鱼不同的是,舵机位置并不在同一水平线上,其分布形式接近仿生对象脊椎的弯曲情况.为防止包裹在椭圆环外的弹性蒙皮在水中发生鼓包现象,在鱼体的空隙位置填充海绵.鱼尾则采用柔软的塑料薄片按照鲫鱼尾鳍的形状设计.研究表明:尾鳍的形状和刚度对机器鱼的游动性能起非常重要的作用[30].2.2 运动学分析一个有n 个转动关节的机器鱼可以简化成如图3所示的模型.这里将推进器的运动简化成平面定轴转动,得到某一时刻t 机器鱼第n 关节的速度矢量如式(1)所示[31]:+ni=1[ni=)图3 机器鲫鱼的运动学简化模型F ig.3 Simplified model for kinematics analysis o fr obotic crucian式中: i = i max sin [2 k(L b i )+ t + ]为第i 关节与x 轴的夹角;V b x ,V b y 分别是坐标原点x ,y 方向的瞬时速度矢量;为原点的瞬时角速度矢量;k 为身体波波数,为波长倒数;L b i 为仿鱼推进器第i 关节到坐标原点的距离;L i 为第i 关节的长度; 为相邻关节的相位差; =2 f 为角频率.按照lighthill 的波动推进理论,身体波动的形式决定了鱼的游动性能和游动效率,而鱼类身体中心线的波动方程是决定鱼类游动波动方式的最主要参数[32].机器鲫鱼的游动方程可以用式(2)进行描述[33]:y x ,t =c 1x +c 2x2sin kx + t ,(2)式中,c 1x +c 2x 2为波幅包络线方程,c 1,c 2为系数.对四关节机器鱼而言,可以进一步在时间上对方程(2)离散处理,得到适合于控制的方程式(3):y x i =c 1x i +c 2x 2i sin kx i -2nm,(3)式中,i 取值为0,1,2,3,x i 表示第i 个关节在x轴的位置,m 为把机器鱼关节一个连续的周期摆动变成用于控制的离散点的间隔数量,因此,n 取值为0,1,2, ,m -1.3 实验测试通过实验分别测量了波动频率、波幅、波长及相位差等运动学参数对仿生机器鲫鱼推进速度的影响,并讨论了影响规律.3.1 实验原理图4为研究机器鲫鱼运动学参数对推进速度影响的实验原理图.实验装置主要由机器鱼实验模型、大水池、高速摄像系统和参考坐标网格组成.水池空间长 宽 高为4m 2m 1m .高速摄影系统悬挂在水池中心正上方,其型号为SpeedCAM ,该系统由高速CCD 摄像机、光学系统、图像采集卡、光缆、光源(1kW 的钨灯)和计算机等组成,其中:高169 第3期 章永华,等:仿生机器鲫鱼的设计及运动学实验研究速CCD 摄像机的最大分辨率为512 512个像素,最高拍摄速度为1000帧/s;图像由多通道单色采集卡采集;计算机操作系统具有人机交互接口,完成图像采集与处理分析.软件以图像采集为中心,图片以bm p 格式保存,可根据需要存储在硬盘上.实验中采用的采样频率为250帧/s,像素为512 512.用于分析的图像应该具有清晰的影像效果、良好的运动特征和最小壁面效应(w all effect)的影响,为减少图像处理误差,选取机器鱼进入摄像头视场正下方的图片进行分析.坐标网格为随后的数据处理提供参考值,其最小刻度为1cm.图4 实验装置F ig.4 Ex periment equipment s3.2 速度的测量方法推进速度是考察仿生机器鱼游动性能的主要指标之一,其测量的基本原理为:对机器鱼上的标记点在很短的时间间隔内进行采样,并对2次采样结果进行相关运算,提取时间间隔和移动距离信息,进而计算出运动物体的速度.所以速度v 可以定义为时间间隔 t 内的位移变化量 s,即v =k st,(4) t 由CC D 的拍摄速度确定, s 为距离信息,通过截取的图像分析获取,系数k 表示由参考坐标网格确定的图像记录的坐标数据和真实坐标数据之间的比例信息.4 实验结果及讨论4.1 机器鲫鱼周期运动的时序图图5为机器鲫鱼在稳定巡游时1个周期内的视频截图,T 表示巡游周期,图像截取时间间隔为0 2T.从实验效果来看,机器鲫鱼能够实现稳定推进,游动姿态和仿生对象十分相似.图6为机器鲫鱼转弯情况,较小的转弯半径说明该机器鱼具有很高的机动性.图5 机器鲫鱼1个游动周期时序图(T 为波动周期)F ig.5 Photo s o f r obotic crucian during one sw immingper iod图6 机器鲫鱼转弯时序图Fig.6 P ho tos of r obotic cr ucian dur ing t ur ning4.2 运动学参数对游动速度的影响将游动速度和波长相对体长作无量纲处理,进一步研究运动学参数的变化对机器鱼无量纲推进速度的影响.图7所示为在最大波幅为0 06m,相位差为90 ,相对波长为0 75(即波长为鱼体体长的3/4)下,机器鲫鱼的游动速度和频率之间的关系,其中BL(bo dy leng th)为体长.游动速度随频率的增加而增加,到频率为1 58H z 左右的时候,游速达到最大值0 48BL/s,随后随频率的增加游速反而降低.此结论与数值计算结果并不一致,数值计算结论认为,游速随着频率的增加近似线性增大,并始终保持该170 工 程 设 计 学 报 第18卷关系[34].而与大多数类似的关于机器鱼游动频率和游速关系的实验研究结果相符[14,35].这可能是当波动频率继续增大时,机电系统进入饱和区,实际并未达到设定的频率造成的,制约了推进器推进速度的进一步增大[36].图7 游动速度与频率关系Fig.7 Relat ionship betw een fr equency and pr opulsio nspeed图8所示为在频率为1 00H z,相位差为90 ,相对波长为0 75时,机器鲫鱼的游动速度和最大波幅之间的关系.随着波幅的增大,机器鲫鱼的游动速度明显增加.当波幅达到6 3cm 时,游速达到最大值0 43BL/s,但随后游速反而会略有下降.T rian tafyllou 指出:Car angiform 鱼类产生最大推进力的条件之一是最大波幅不能超过鱼类体长的10%[37].本文机器鱼体长为0 605m,拐点的波幅约占体长的10 4%,因此,符合T riantafy llou 的结论.图8 游动速度与最大波幅关系Fig.8 Relat ionship betw een max imum amplitudeand speed图9所示为在频率为1 00H z,最大波幅为0 06m,相位差为90 时,机器鲫鱼的游动速度和相对波长之间的关系,这里相对波长指的是鱼体推进波的波长占鱼体体长的比例.相对波长对推进速度的影响基本上是随波长增加而增加,这一点和实际的生物观察测量实验结果和数值仿真结果一致[34 36].图10所示为在频率为1 00H z,最大波幅为0 06m,相对波长为0 75时,机器鲫鱼的游动速度和相邻关节相位差之间的关系.同样,游动速度一开图9 游动速度与相对波长关系Fig.9 Relationship between relative wave length and speed图10 游动速度与相邻关节相位差关系Fig.10 Relationship between phase difference and speed始随相邻关节相位差的增大而增加,到相邻关节相位差为78 左右的时候,游速达到最大值0 35BL/s,随后游速反而下降.5 结 论本文在详细分析鲫鱼形态、骨骼结构和运动学的基础上,设计了一条仿生机器鲫鱼,给出该鱼的运动学方程,实验研究了运动学参数对无量纲游动速度的影响,得出以下几点结论:1)游动速度随频率的增加而增加,到频率为1 58H z 左右的时候,游速达到最大值0 48BL/s,随后随频率的增加游速反而降低.2)随着波幅的增大,机器鲫鱼的游动速度明显增加.当波幅达到6 3cm 时,游速达到最大值0 43BL/s,但之后游速随波幅增加反而会略有下降.3)波长对推进速度的影响基本上是推进速度随波长增加而增加.4)游动速度一开始随相邻关节相位差的增大而增加,到相邻关节相位差为78 左右的时候,游速达到最大值0 35BL/s,随后游速反而下降.参考文献:[1]CO LG A T E J E,L Y N CH K M.M echanics and co ntr olof sw imming :a r eview [J].IEEE Jo ur nal of Oceanic Eng ineer ing,2004,29(3):660 673.171 第3期 章永华,等:仿生机器鲫鱼的设计及运动学实验研究[2]BLA K E R W.F ish functional desig n and swimm ing perfor mance [J].Jo ur nal of F ish Bio log y,2004,65(5):1193 1222.[3]BR ED ER C M.T he lo comotion o f fishes [J].Zoo lo gica,1926,4:159 297.[4]W EBB P W.H y dr odynamics and ener getics of fish propulsion 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胸鳍波动推进仿生机器鱼研究进展与分析
谭进波;王扬威;顾宝彤;赵东标
【期刊名称】《微特电机》
【年(卷),期】2014(042)010
【摘要】胸鳍波动推进仿生机器鱼具有推进高效、低速稳定和机动性高的特点,逐渐成为仿生机器鱼领域的研究热点.首先对胸鳍波动推进模式的特征进行总结,然后从胸鳍波动推进机理研究和仿生机器鱼样机的研制两个方面详细介绍了胸鳍波动推进仿生机器鱼的国内外研究现状,最后对仿生机器鱼的关键技术进行了分析和讨论.【总页数】6页(P78-82,88)
【作者】谭进波;王扬威;顾宝彤;赵东标
【作者单位】南京航空航天大学,南京210016;南京航空航天大学,南京210016;南京航空航天大学,南京210016;南京航空航天大学,南京210016
【正文语种】中文
【中图分类】TM359.9
【相关文献】
1.胸鳍摆动推进仿生鱼研究进展与分析 [J], 蔡月日;毕树生
2.仿鱼长鳍波动推进水下航行器研究进展与分析 [J], 王睿;王硕;魏清平
3.波动鳍仿生机器鱼研究进展与分析 [J], 徐飞然;王光明;谭晓朋
4.仿生机器鱼胸鳍波动与摆动融合推进机制建模及实验研究 [J], 范增;王扬威;刘凯;赵东标
5.仿生机器鱼胸鳍波动与摆动融合推进机制建模及实验研究 [J], 范增;王扬威;刘凯;赵东标;;
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基于BCF柔性机理的水质监测仿生机器鱼发表时间：2018-10-22T15:56:27.837Z 来源：《电力设备》2018年第17期作者：耿传玉许崇伟甄宗霖樊桂菊(通讯作者)[导读] 摘要:本团队研发了一种基于BCF柔性机理的用于水质监测的仿生机器鱼，该装置包含机器硬件结构和监测系统。
(山东农业大学机械与电子工程学院泰安 271000)摘要:本团队研发了一种基于BCF柔性机理的用于水质监测的仿生机器鱼，该装置包含机器硬件结构和监测系统。
该装置的机器硬件结构主要根据水下鱼类的运动姿态以及身体比例建模。
控制监测系统主要包括STM32芯片、酸碱度传感器、蓝牙摄像头、WIFI模块、上位机以及电调等遥控器控制部分。
该机器鱼的功能实用，能有效的对水质进行初步检测，且该机器鱼的自动化程度较高，能有效减轻人们负担，完成对水下检测的简单要求。
背景：当今时代，仿生鱼成为很多科研项目研究的重点领域。
由于社会的不断发展，仿生鱼开始逐渐扩展其应用的范围，这也导致此类机器人要面对更为复杂的工作环境，这就对仿生鱼的研究发展及其功能提出了更多要求，为了迎合这些不同环境带来的不同环境需求，机器人研究工作者开始在不同的领域需求解决的办法来研制出能适应各种工作环境的仿生机器鱼，这对机器人研究者提出了很大的挑战，然而大自然的进化奥秘却给他们带来了机器人的设计灵感，几十亿年来，大自然的动物不断进化其身体结构和机能来适应恶劣的环境，在研究后发现，许多动物的身体结构是人类难以想象出来的，这也正是研究工作者们所需要发现和模仿的，是整个机器人设计的关键所在。
通过这些大自然的进化者神奇的身体结构，研究工作者们研制了许多不同的机器人，仿生机器鱼就是其中一种，这种“鱼类”在很大程度上帮助了人们对于水下的探索以及水质的检测。
当人们需要在一些恶劣或者地形不明确的河流或者是水源的地方进行水样抽取或者检验时，基于BCF柔性机理的水质监测仿生机器鱼可以帮助人们完成对水质的初步了解，减少不必要的麻烦，为明确检测方向提供依据。
乌贼游动机理及其在仿生水下机器人上的应用王振龙;杭观荣;王扬威;李健【期刊名称】《机械工程学报》【年(卷),期】2008(44)6【摘要】针对大多数机器鱼未采用弹性机制来提高能量利用效率和耐压能力低等的不足,对拥有高超游动能力,具有耐压结构的乌贼进行研究。
分析乌贼喷射和鳍波动推进的游动机理,给出喷射推力、喷射和整周期流体推进效率方程。
乌贼复合游动方式的优点是高速性和低速性均很好,能瞬时改变游动方向,噪声低,以及即使喷射速度低于周围流体速度,也能产生推力。
为深入说明乌贼游动机理,研究乌贼外套膜和鳍这两套运动系统的肌肉性静水骨骼结构及其动作原理。
肌肉性骨骼不但具有支撑躯体,进行动作和输出力的作用,还具有良好的耐压能力。
大多数乌贼体内没有充气组织,外套膜腔内外静压平衡,进一步提高了它们的耐压能力。
乌贼动作时,弹性机制能够减少能量消耗,提高能量利用效率。
若能将乌贼的游动方式、肌肉组织结构和弹性机制等特点应用到仿生水下机器人上,将使其更加高效、灵活和耐压。
【总页数】9页(P1-9)【关键词】乌贼;游动机理;肌肉性静水骨骼;弹性机制;仿生乌贼机器人【作者】王振龙;杭观荣;王扬威;李健【作者单位】哈尔滨工业大学机电工程学院【正文语种】中文【中图分类】TP242.3【相关文献】1.形状记忆合金在仿生水下泳动机器人中的应用 [J], 李健;王振龙;郭艳玲2.OCPA仿生自主学习系统及在机器人姿态平衡控制上的应用 [J], 蔡建羡;阮晓钢3.智能材料在水下仿生机器人驱动中的应用综述 [J], 刘贵杰;刘展文;田晓洁;王清扬;陈功4.海马空间认知机理及其在仿生机器人导航中的应用 [J], 于乃功;李倜;方略;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
