机器鱼_机械仪表_工程科技_专业资料
机器鱼系统设计械结构简介
机器鱼系统设计械结构简介
机器鱼包括三部分，分别是机器鱼的机械部分、硬件部分和嵌入式软件部分。
其中，机械部分是机器鱼的基础，它直接影响到机器鱼在水中的姿态、游动效果和动作模态的完成。
机器鱼的嵌入式软件部分是其功能实现的核心，机器鱼的动力驱动、视频采集、数据传输都要通过软件设计来实现完成。
同时硬件部分是软件运行的平台，直接影响到各个部分的完成。
本章首先介绍机器鱼机械结构，然后介绍嵌入式系统硬件平台和开发环境，最后阐述了嵌入式及软件的设计。
另外，在机器鱼设计中要考虑到重心和浮心对于机器鱼的影响，在理想状态下，中心和浮心是重合的，但是在复杂水环境中，不能够保证两者在任一时刻都重合。
这样就需要在初始情况下先保证中心和浮心是重合的，在动态环境下在动态调节。
机器鱼的电路部分设计，主要考虑到主控芯片，摄像头模块，无线网卡模块，舵机的驱动。
主控芯片部分是一款嵌入式芯片，可以满足多任务处理，包括运动控制，实时分析，输出传输等功能。
摄像头模块是一个摄像头驱动模块和摄像头电路板，能够完成图像拍摄，视频采集的功能。
无线网卡模块是一个基于 USB 总线的无线网卡，能够完成实验室环境下数据的传输。
舵机的驱动模块主要通过主控芯片的控制命令完成相应动作，实现机器鱼的运动能力。
制作仿生机器鱼范文
制作仿生机器鱼范文随着科技的不断发展，人类创造了许多仿生机器人，其中之一就是仿生机器鱼。
仿生机器鱼通过模仿鱼类的游泳方式和外形，能够在水中自由游动并执行特定任务。
在本文中，将详细介绍制作仿生机器鱼的过程。
接下来，需要设计和制作机器鱼的外壳。
外壳一般由高强度的塑料材料制成，以确保机器鱼具有足够的稳定性和耐用性。
根据选定的外形，可以使用3D打印技术或传统的塑料制造技术来制作外壳。
在外壳中，需要安装电子设备和运动部件。
电子设备包括各种传感器和控制器，用于感知环境和控制机器鱼的运动。
运动部件一般包括电机和舵机，用于控制机器鱼的游动。
这些电子设备和运动部件需要精确安装和调试，确保机器鱼能够顺利运行。
为了使仿生机器鱼能够更好地模仿鱼类的游泳方式，还需要设计和制作鱼尾部分。
鱼尾通常由柔软的材料制成，例如薄膜或橡胶。
通过控制鱼尾的摆动，可以模拟鱼类的游动。
鱼尾的设计需要考虑到流体力学和动力学原理，以确保机器鱼能够稳定和高效地游动。
在安装完电子设备和运动部件之后，需要进行系统调试和测试。
通过程序编写和参数调整，可以使机器鱼具有预期的游动方式和功能。
在测试过程中，可以根据实际情况对机器鱼进行进一步的优化和改进。
当机器鱼设计和调试完成后，就可以进行实际的水中测试了。
在测试过程中，需要确保机器鱼能够稳定游动和执行特定任务。
如果机器鱼具有探测水质的功能，可以在实际水域中进行水质测试，并验证机器鱼的准确性和可靠性。
总结起来，制作仿生机器鱼是一个复杂而有挑战性的过程。
它需要深入理解鱼类的游泳方式和外形特征，需要掌握电子设备和机械制造的技术，还需要进行系统调试和测试。
然而，成功制作出仿生机器鱼的成果将为人类对水下环境的探索和研究提供新的手段和技术。
基于仿生机器鱼技术的水下机器人研究
基于仿生机器鱼技术的水下机器人研究水下机器人的研究和发展一直是科技界关注的焦点之一。
随着科技水平的不断提高和新技术的不断涌现，人们对水下机器人的期望也越来越高。
近年来，随着仿生机器鱼技术的发展，水下机器人领域迎来了一次新的变革。
一、仿生机器鱼技术的原理及应用仿生机器鱼研究的原理是基于鱼类的生物学特性，将其应用于机器人的设计和制造中。
仿生机器鱼能够根据自己的运动状态、环境变化等因素进行相应的调整和控制，从而达到一定的适应性、灵活性和智能化。
仿生机器鱼技术的应用领域非常广泛，包括水下探测、海洋环境监测、水下作业、深海勘探等方面。
与传统的水下机器人相比，仿生机器鱼具有更好的机动性、航行性和自适应性，能够在复杂的海底环境中执行各种任务。
二、水下机器人的研究现状及发展趋势当前，水下机器人在海洋勘探、海洋科学研究、海底资源开发等领域得到了广泛的应用。
在这些领域中，水下机器人需要具备高精度、高效率、高可靠性等特点，能够完成各种复杂的任务。
针对这些需求，科技界开展了大量的研究工作，涉及到机器人的机械结构、智能控制、材料制备等多个方面。
同时，仿生机器鱼技术的不断发展为水下机器人的研究提供了一种全新的思路和方法。
未来，水下机器人将会越来越普及和应用，随着人工智能、物联网等新技术的发展，水下机器人将具备更高的智能化和自主性，能够在更多的领域中发挥出更大的作用。
三、基于仿生机器鱼技术的水下机器人研究案例近年来，国内外的许多研究机构和企业都在开展基于仿生机器鱼技术的水下机器人研究工作。
以下是几个典型的研究案例：1. 「北京航空航天大学仿生机器人实验室」的仿生机器鱼北京航空航天大学仿生机器人实验室研制的仿生机器鱼外形逼真，能够实现自主控制、路径规划和障碍物避免等功能。
该机器鱼的研发对于提高水下机器人的智能性和机动性具有重要意义。
2. 日本东京大学研究组的多关节仿生机器鱼东京大学研究组设计的多关节仿生机器鱼由多个模块组成，能够实现自主航行、鱼群协作等功能。
仿生鱼科技整理
“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。
机器鱼的发展现状即展望
机器鱼的发展现状计算082 张旻0821040223这学期的选修课《机器人与入门实训》让我了解到了很多有关机器人方面的知识。
课程主要是对蛇形机器人和未来之星机器人的原理及应用方面的介绍和相关的实验。
有效地将理论与实践相结合。
是我对这门课产生了浓厚的兴趣。
课程还介绍了一些相关的机器人并观看了一些很有意思的视频：机器人足球赛，机器人打太极拳等，其中令我印象比较深的是机器鱼的一段视频，下面就机器鱼的一些概念和当今的发展状况做一下小结。
机器鱼，故名思议，从材料制作的外形像鱼的机器，配备有化学传感器的自主机器鱼。
鱼类所具有的超高的游泳技巧，灵敏的感觉为人类解决许多实际问题提供了很好的思路。
鱼类具有以下特征：1)高效性。
鱼类游动的推进效率高达90%以上，这使得鱼类能够在力量有限、能量消耗相对较少的情况下达到相当的速度并具有持久的耐力。
2）机动性。
主要表现在两点:加速特性和转向特性。
鱼类运动不像当前的螺旋桨推进方式，推进与转弯分离，鱼类通过胸鳍和尾鳍有机配合，实现推进与转弯的有机统一，但在当前的螺旋桨推进方式下的舰艇在高速行驶时需要很大的转向半径。
3）低噪性。
鱼类的游动方式摆动频率低、柔性好，能最大限度地降低其它不必要的能量损失，充分利用并控制涡流，不产生漩涡尾迹，有利于隐身和突防，具有重要的军事价值。
下面是机器鱼当今的一些应用实例。
虽然这些应用还处于研究阶段，但能够很好的说明机器鱼的意义和应用背景。
（1）狭窄空姐内的检测。
复杂的管线检测是一项非常重要的工作。
由于管线狭小，工作人员很难进入，造成了许多困难。
而具有一定智能的微小机器鱼能携带必要的检测设备自由穿梭于复杂的管线中，完成检测，并将检测结果发送回来。
（2）生物观察。
水下生物观察是对水下生物研究的一个主要方式，同时也是很多经济鱼类养殖所必需的重要手段。
机器鱼具有和鱼类相同的运动方式，容易接近水下生物，将观测记录下来供研究人员进行深入研究。
（3）军事应用。
机器鱼论文
仿生机器鱼国内外研究现状及分析摘要：介绍了鱼类推进模式的分类及特点，分析了仿生机器鱼的特点。
介绍了国内外仿生机器鱼研制的成果和现状，在此基础上分析了仿生机器鱼研究面临的几个主要问题。
关键词：机器鱼；推进模式；升潜模式；现状引言长期生活在水下的鱼类，经过多年的进化，形成了十分完备的游动性能和器官。
水下推进器的设计目标希望具有效率高、速度快、灵活性好等优点，而鱼类游动恰好具有这些优点，从而在世界范围内兴起了仿生机器鱼研究的热潮。
由于其具有的特点，从而在军事等各个方面都有广泛的发展前景。
1)要求作业时间长、范围大，但本身承载能力或承载空间有限、不能加载太多能源的场合；2)要求机动性能高的场合，如管道检测，管道内部结构复杂，采用微小型机器鱼可较好地完成作业任务；3)海洋生物观察．常规螺旋桨推进器噪声大，对环境的扰动大，使水下运动装置很难接近所要观察的海洋生物，采用微小型机器鱼有望解决这一问题；4)海底勘探及海洋救捞等。
采用仿生推进方式可以容易地进入环境复杂的海洋空间，如沉船内部，珊瑚礁群，完成常规潜器所不能完成的作业任务；5)军用方面。
由于机器鱼噪声低、对环境扰动小、不易被声纳发现、易于隐蔽，它不仅为人们研制新型高效、低噪声、机动灵活的柔性潜艇提供了新的思路，而且可直接进行水下侦察，发现敌方雷区，跟踪及摧毁敌方潜艇。
鉴于仿生机器鱼的诸多优点，国内外学者越来越重视新型仿生机器鱼的研究与开发，取得了很多阶段性的成果，设计了各种各样的机器鱼样机，机器鱼的理论和实验研究已渐显规模。
1、仿生机器鱼的分类及特点1.1、鱼类推进模式分类1）喷射式。
乌贼、鱿鱼、水母等依靠身体躯干的特殊构造，它们由身体内部的特殊部位向后挤压水流产生后向推力，利用动量守恒定理向前推进。
2）鳗鲡模式。
即鳗行式，如鳗鱼、水蛇等，如图1所示，它们的游动犹如正弦波形的前进一样，把身体当作推进器，用从头到尾波动身体来游动。
3）醪科模式。
波动主要集中在身体后2/3部分，推进力主要由具有一定刚度的尾鳍产生，推进速度和推进效率较鳗鲡模式高，在速度、加速度和可控性三者之间有最好的平衡。
仿生机器鱼设计
结果展示与性能评估
结果展示
将实验结果以图表、图像等形式进行可视化展示，直观地反映仿 生机器鱼的性能表现。
性能评估
根据实验结果和性能评估标准，对仿生机器鱼的性能进行综合评价 ，包括游动速度、转向灵活性、续航能力等方面。
结果讨论
对实验结果进行讨论和分析，探讨仿生机器鱼设计的优缺点及改进 方向，为后续的优化设计提供参考。
开发高效水下机器人
仿生机器鱼可以模仿真实鱼类的游动方式，具有高效、灵 活和隐蔽性强的特点，有望在水下探测、海洋资源开发和 军事侦察等领域发挥重要作用。
促进多学科交叉融合
仿生机器鱼涉及生物学、机械工程、控制科学与工程等多 个学科领域，其研究有助于推动相关学科的交叉融合与发 展。
仿生机器鱼的应用领域
水下探测与海洋资源开发
04
仿生机器鱼的控制系统设计
传感器类型选择及布局规划
传感器类型
01
根据仿生机器鱼的需求，选择包括压力传感器、加速度计、陀
螺仪、深度传感器等在内的多种传感器。
布局规划
02
将传感器合理分布在机器鱼的各个部位，以便准确感知周围环
境信息和机器鱼自身状态。
数据处理
03
设计高效的数据处理算法，对传感器采集的数据进行实时处理
和分析，为控制算法提供准确可靠的输入。
控制算法研究与实现
控制算法研究
针对仿生机器鱼的运动特点，研究适用的控制算法，如PID控制 、模糊控制、神经网络控制到仿生机器鱼的控制系统中，实现 对机器鱼运动的精确控制。
参数优化
通过实验和仿真等手段，对控制算法参数进行优化调整，提高控 制效果和机器鱼的运动性能。
仿生机器鱼设计
汇报人：XX 2024-01-23
机器鱼
机器鱼这张20日发布的照片显示的是2005年10月6日在伦敦水族馆拍摄的一条机器鱼。
19日，英国埃塞克斯大学研究人员说，他们计划向西班牙附近海域投放5条机器鱼，用于探测水中污染物。
投放的这些机器鱼将比在伦敦水族馆里机器鱼更大，长约1.5米。
英国艾塞克斯大学的科学家已经开发出一种新型机器鱼，用于探测河水的污染情况，并绘制河水的3D污染图。
这是250万英镑欧盟资助探测水污染项目的一部分。
这种机器鱼每条长约50厘米、高15厘米、宽12厘米。
每条都安装有探测污染的传感器和GPS系统，能"嗅出"水中的有害物质，而且它们还有组团的能力，即使没有人指挥，也能协同合作。
当它们"嗅出"这片水域中的有害物质时，它们就通过wi-fi无线连接彼此交流一下。
而GPS导航系统则可以让它们不需人的操作就能自由游动，而且，它们一旦发现了污染物，就会向环保部门的人员发出警报。
负责此项研究的古冬兵(音译)博士说："每一支机器鱼小组由5条机器鱼组成，将持续监测水中污染。
当其中一条鱼发现水中污染物时，就会发信息给其它的鱼，之后它们集中到此水域来一起探测水污染情况。
"此机器鱼游动起来酷似真正的鱼，身体在发动机的推动下来回摆动，并用鳍和尾来改变它们的游动方向，其游动速度可望达每秒半米。
此机器鱼先遣队将在18个月内真正去水里进行污染探测，最初会去港口监测大型船只的泄露和排放，还可能去查一下泰晤士河的污染情况。
届时，它们将分别配备不同的传感器来探测不同的污染物，之后科学家再用这些数据绘制实时的水污染3D图，好让环保部门采取最好办法来清除这里的污染物。
科学家表示，他们会让这些机器鱼充电一次就能在水中持续游动24小时。
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