仿生机器鱼介绍
仿生机器鱼技术研究
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。
仿生机器鱼介
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。
仿生机器鱼水下考古好帮手
５７ 科学之友 ２００６．０８
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， 主要制造材料 为玻璃钢和纤维板。最 高 时 速 可 达 １ ．５ ｍ／ ｓ， 能在水下连续工作 ２～ ３ ｈ。
经过反复研究和调 试， 机器鱼已经可以完
成鱼游动的基本姿态。其游动速度比人们想象得要快不少。 在 平 静 的 水 中 ， 它 能 以 ３．６～５．４ ｋｍ／ｈ 的 速 度 向 前 游 动 ， 也 就 是 说 ， 机 器 鱼 平 均 航 速 可 以 达 到 ４ ｋｍ／ｈ 左 右 ， 约 为 １ ．４ ｍ／ｓ， 与 鱼 类 巡 游 的 速 度 基 本 相 同 。虽 然 比 起 鱼 类 逃 命 时 的 速 度 要 差很多， 但机器鱼 １ ｓ 能游 １ ．４ ｍ 已经很了不起了。机器鱼 使用镍氢电池， 如果 按 在 水 下 连 续 工 作 ２．５ ｈ， ４ ｋｍ／ｈ 的 航 速 计算， 机器鱼能够持续游约 １ ０ ｋｍ。
解决此问题之后， 科研人员又被别的问题所困扰 着。严格地讲， 目前的机器鱼还是一条“低等级”的“鱼”， 其动作全部来自于技术人员的指令， 无法自己根据周围 环境作出反应。但必须给它装上声呐设备， 用声呐探测 周围环境， 让计算机自动处理搜索回的数据， 再指令机 器鱼作出相应的动作， 机器鱼就会变成一 条“ 有 头 脑 ”的 “鱼”。如果这样， 机器鱼就可以游到 人 类 无 法 进 入 的 水 道进行探测。据介绍， 这个技术条件完全可以实现， 只是 成本很高。
据科研人员说， 仿生机器鱼不但能够在游泳池这种平静 的水中游动， 还能够在大风大浪中行进。此前， 机器鱼曾在北
５６ Ｎ ｅｗ Ｔ ｅｍ ｐｏ Ｓｃｉｅｎｃｅ
戴河做过一次下海测试。实验当天， 海上刮着 ４～６ 级的 大风， 浪高有 ０．４～０．６ ｍ。由于风大浪高， 科研人员没有 完全放开机器鱼， 而是拴上了一根渔线。
机器鱼
一个摆动周期产生反卡门涡街的过程
(a) 尾鳍先以摆动造成一个大涡流； (b) 迅速的顶端摆动造成一个相反方向的涡流； (c) 下摆之后的尾鳍使两个涡流相遇； (d) 相供的两个涡流形成一柱强力的向后喷流，并相互减弱其涡流 强度。
BCF推进方式 (a)鳗行式
(b)鳟行式
(c) 鲉行式
3 鲹科类推进机理
• 在有流速流场里的非流线型物体，会沿来流的方向在其后 面形成一连串交错而反向的尾涡，即卡门涡街。通过观察， 人们发现BCF推进方式中摆动尾鳍后同样有尾涡串的存在， 但和卡门涡街恰好相反，称为反卡门涡街。反卡门涡街形 成一种类似喷流的流动，这种喷流平行于鱼体前进的方向， 产生推力。
外形
由于d图有最小阻力，故设计参照d图
UPF-2001机构
• PF-600机构
• VCUUV机构
一种机器鱼本体机构图
• 机器鱼实物图
机械鱼的未来
• 随着 科 学 技术的发展，人类对海洋的开发和利用不断增 强，适应各种非结构化环境的水下机器人将会得到迅猛的 发展。作为一种新型的水下运载器，与传统推进器相比较， 仿生机器鱼以其效率高、机动性好、噪音低、对环境扰动 小的优势将在以下等领域得到广泛应用 .
• MPF (Median and/or Paired Fin)推进方式：它主要是利用 除了尾鳍之外的一些鱼鳍划动向前推进，如胸鳍、腹鳍、 臀鳍、背鳍等。这类鱼较少，大多数的鱼类只是利用这些 鳍来保持平衡和控制转向。
• 据统计，大约只有15%的鱼类采用BCF推进方式以外 的其他方式推进。由于MPF推进方式速度慢、效率低， 因此我们把研究的重点放在BCF推进方式中在速度、 加速度和可操控性上有最好的平衡的鲹科模式。
仿生机器鱼
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。
机器鱼装配介绍
世界上现存的鱼类约2万4千种。
为什么要研究仿生机器鱼
高效 灵活 低噪
什么是仿生机器鱼
仿生机器鱼（Biomimetic robotic fish，又 名机械鱼，人工鱼或鱼形机器人），顾名 思义，即参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 推进的一种运动装置。
仿生机器鱼的研究价值
机器鱼硬件系统
硬件配置
控制系统：控制芯片采用贴片封装的8位 AVR单片机ATmege128，其内含128KB Flash、4KB EEPROM，产生6路PWM信号。 动力系统：采用Futaba S3003 舵机，扭矩 达4.1Kg/cm，提供可靠的动力支持。 通讯系统：通讯模块采用双工无线通讯模 块, 可以通过通讯检测来确保信号收发的正 确性，还可以向上位机反馈机器鱼的内部 状态信息，提高机器鱼控制的可靠性。 电源系统：可充电镍氢电池。
机械零件组装 开关安装 电池安装
头部组装
头部漏水测试：在头部灌水，看是否漏水 LED灯安装：AB胶粘，注意粘的外形。 天线安装：带有天线延长线。 AB胶粘 充气孔安装： AB胶粘 充电器安装： AB胶粘
接线（原则正接正，负接负）
3个舵机与控制板：从前到后舵机依次为1号2号3号 开关连接：开关中间连电池，左边（正对开关）接充电头，右边接线路板 LED连接 天线连接 测试 给接线部分打胶：打胶枪 接线整理：使多余的线尽量占用最小的空间，并且不能阻挡电池和线路板塞入鱼 头。 测试 调直
注意事项
机器鱼充电方法：关闭机器鱼电源开关，接通充电器电源，将充电器 的充电孔插到机器鱼头部的充电头上，充电约2个小时，充电状态在 充电器上有详细说明。 当机器鱼在水中下沉或上浮严重时可以通过机器鱼头部的吹气孔对鱼 体充气、放气来进行调节。 当通讯效果不理想时，请检查通讯模块和机器鱼的电池电量，当电池 电量不足时会影响通讯。机器鱼电压应大于4.8V，通讯模块电压应大 于4.8V。 充电器连线为红正黑负，连接为红色接红色，黑色接黑色。 机器鱼头部天线不能完全浸没在水面以下。 勿将机器鱼在关闭电源的状态下放入水中。 不使用时请将机器鱼从水中及时捞出，勿长时间将其浸泡在水中。 打开机器鱼电源开关后请等待3秒钟调直完毕后再进行控制。 长时间不使用时请将机器鱼上的充气孔帽取下。
仿生鱼
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。
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涡流控制和减阴机制 鱼类游动行为
鱼类推进数学模型 鱼类推进数学模型 鱼类游动的结构和功能 游动和飞行的研究 鳗鲡目推进 电子鱼研究项目 胸鳍推进
驱动装置、机动性研究
仿生机器鱼研究现状
国别 美
国 比利时
英国 日
本
Байду номын сангаас
研究单位
研究内容
第一条机器鱼Robotuna(1994年)
Robotuna改进版Pike(1995年)
M PF模式：多数鱼类的背鳍、臀鳍、胸鳍和腹鳍只用于辅助推进、调整 姿态，但是，占鱼类总数约15%的鱼类却以这些鳍作为主要推进部件。 该模式游动速度慢，但稳定性好、机动性高。
仿生机器鱼的总体设计思路
实验模型基本构成
• 控制系统（包括电池） • 执行机构（伺服舵机，联结架等） • 鱼骨架（鱼头，鱼皮，尾鳍） • 功能扩展模块（摄像头，传感器等）
仿生机器鱼是通过模仿鱼类的游动方式来实现推进的，其分类可以依据 鱼类游动分类方式进行划分。根据鱼类游动使用的身体部位不同可以将 鱼类游动分为身体和尾鳍推进(BCF)模式、中鳍和对鳍推进( MPF)模式。
BCF模式：通过波动身体的某部分和尾鳍，形成向后的推进波，大多数 鱼类，都采用这种推进方式。该模式可实现连续、快速、高效率的游动。
工作。（/2004/1214/136250.shtml）
我们需要的仿生机器鱼需要具备哪 些功能
• 基本运动：直行、上升、下潜、左右转弯、 悬停
• 图像采集及传输 • 无线控制 • 电池可充电
仿生机器鱼获得途径
• 智能机器人公司 • 淘宝玩具厂家 • 学校或科研机构 • 自己制作
资料推荐
• 中国知网：
• 仿生机器鱼技术研究进展及关键问题探讨_梁建宏 • 水下仿生机器鱼的研究进展II_小型实验机器鱼的研制_梁建宏 • 水下仿生机器鱼的研究进展IV_多仿生机器鱼协调控制研究_梁建宏 • 仿生机器鱼玩具的机构设计_仿真与实现_张志刚 • 仿生机器鱼研究的进展与分析_喻俊志 • 仿生机器鱼研究进展及发展趋势_王扬威 • 基于STM32的双摄像头图像采集自主避障机器鱼设计_杨旭琼 • 基于红外传感器的仿生机器鱼自主避障控制_桑海泉
2004年8月，我国科学家曾使用“ＳＰＣ－ＩＩ”仿生机器鱼（北航机 器人研究所和中科院自动化研究所研制）对福建东山海域郑成功古战舰 遗址进行了水下考古探测试验。机器鱼对4000平方米的水域进行了摄像 考察，有关图像即时传送到水面指挥部。在两天的实验中，机器鱼累计 在水中工作约6小时。这是中国考古工作者首次利用机器人辅助水下考古
MIT
Robotuna最高版VCUUV(1998年)
拍动翼研究
中佛罗里达大学
微电子机器鱼(应用SMA技术)
德州农工大学
仿生驱动材料研究
东北大学
仿生水下机器人项目(鳗鲡目推进)
波士顿大学
机器鱼推进建模
加州理工学院
鱼类推进的传感和控制
Vrije大学
机器鱼智能体研究
Heriot-Watt大学
人工胸鳍黑鲈(Blackbass)
美国MIT研制的机器鱼（1994，1995，1998）
美国东北大学机器鳗鱼
英国Essex大学G系列机器鱼
英国埃塞克斯大学机器鱼
瑞士技术学院BoxyBot机器鱼
日本运输省船舶技术研究所PF系列
仿生-Ⅱ 北航机器人研究所
哈尔滨工业大学
其他外形的机器鱼
有待完善的方面
• 随着机电一体化技术、训一算机技术、流体力学 和仿生学等相关学科的发展，研究人员研制出了 多种仿生机器鱼。现有的机器鱼已经可以模仿鱼 类的多种运动模式。但是，现有的仿生机器鱼还 难以满足实用性的要求。仿生机器鱼难以实现完 全柔性的推进运动，推进效率难以与鱼类媲关， 机动性和稳定性还存在不足，操纵性、智能控制、 通讯等问题还有待解决。
名古屋大学
微型水下仿胸鳍模式浮游机器人(PZT) 微型身体波动式水下推进器(SMA)
Takara公司
机器鱼，机器水母
三菱重工
机器鱼“Mitsubishi Animatronics”
运输省，船舶技术研究所(SRI) PF-300, PF-600, F-FPSE200, PF-700 UPF-2001, PPF-09
仿生机器鱼研究现状
研究单位 中国科技大学 华中理工大学 哈尔滨工程大学 哈尔滨工业大学 中科院沈阳自动化所 北航机器人所 中科院自动化所
研究内容 三维波动板理论(3DWPT) (80年代后期) 柔性尾鳍推进装置及鱼形机构(1994年) 仿生机器章鱼 仿鱼鳍推进机理 两关节仿生机器鱼 机器鳗鱼(1999年)、机器海豚(2001年) 鲹科类机器鱼设计、控制与协作研究(2001年)
仿生机器鱼
卢士强 2014.3.20
内容提纲
• 仿生机器鱼研究意义 • 仿生机器鱼研究现状 • 仿生机器鱼鱼模型和推进机理 • 应用实例 • 基本要求 • 模型获得途径 • 资料推荐
研究意义
海洋中蕴藏着丰富的生物资源和矿产资源。人类开发海洋和利用海洋 的脚步，随着科技的发展逐渐加快。
具有海洋勘测、海底探查、海洋救捞、海底管道检测、以及水下侦查 和跟踪功能的水下机器人，已成为探索海洋、开发海洋和海洋防卫的重要 工具。
仿生机器鱼研究现状
国别
研究单位
研究内容
美
国 加拿大
日 本
MIT, M.Triantallou研究组 北亚利桑那州大学，生物系 Vasaar学院，生物力学实验室 加州大学动物系 Lafayette大学，数学系 康涅狄格大学 南加州大学 东北大学 渥太华大学 东海大学，Kato实验室 东京工学院地，机械动力和控制实验室 运输 • 智能机器鱼（机械设计课程设计）.docx
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知识回顾 Knowledge Review
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模型简图
机 械 设 计 课 程 设 计
• 直行 • 上升 • 下潜 • 左转 • 右转 • 加速 • 减速 • 悬停
基本运动
功能扩展
• 测距（红外测距，超声波测距） • 图像采集 • 自主导航 • 自主避障 • 无线通信 • 各类传感器
智能仿生机器鱼
• 装备多种传感器的智能仿生机器鱼系统
基于视觉的仿生机器鱼控制
采用传统螺旋桨推进器的水下机器人，在螺旋桨旋转推进过程中会产 生侧向的涡流，增加能量消耗、降低推进效率，且有噪声。
海洋生物中的鱼类，种类繁多、形态各异，经过亿万年的进化，使其 具有了非凡的游动能力。鱼类通过身体运动推动周围的水，以此来获得推 进力，对于涡流的精确控制使得鱼类游动推进效率高、机动性好。模仿鱼 类的游动推进模式，研制出高效低噪、灵活机动的仿生机器鱼，用以进行 水下复杂环境作业，已经成为研究人员追求的口标。
• 装备摄像头的仿生机器鱼
应用实例
• 2012年5月22日，一批“机器鱼”在西班牙北部港口城市希洪开始“服 役”，它们的主要任务是检测水质的污染状况，将污染地点报告给相关部 门。这种新技术可以将检测污染物的时间从数周缩减至数秒，而且还能大 大减少处理污染所需的费用，每年节约的成本可超过20亿美元。 （/hqzx/2012-05/24/content_15371785.htm）