仿生機器魚盧士強2014.3.20內容提綱仿生機器魚研究意義仿生機器魚研究現狀仿生機器魚魚模型和推進機理應用實例基本要求模型獲得途徑資料推薦

研究意義

海洋中蘊藏著豐富的生物資源和礦產資源。人類開發海洋和利用海洋的腳步，隨著科技的發展逐漸加快。

具有海洋勘測、海底探查、海洋救撈、海底管道檢測、以及水下偵查和跟蹤功能的水下機器人，已成為探索海洋、開發海洋和海洋防衛的重要工具。

采用傳統螺旋槳推進器的水下機器人，在螺旋槳旋轉推進過程中會產生側向的渦流，增加能量消耗、降低推進效率，且有噪聲。

海洋生物中的魚類，種類繁多、形態各異，經過億萬年的進化，使其具有了非凡的游動能力。魚類通過身體運動推動周圍的水，以此來獲得推進力，對于渦流的精確控制使得魚類游動推進效率高、機動性好。模仿魚類的游動推進模式，研制出高效低噪、靈活機動的仿生機器魚，用以進行水下復雜環境作業，已經成為研究人員追求的口標。

仿生機器魚研究現狀國別研究單位研究內容美國MIT,M.Triantallou研究組渦流控制和減陰機制北亞利桑那州大學，生物系魚類游動行為Vasaar學院，生物力學實驗室加州大學動物系魚類推進數學模型Lafayette大學，數學系魚類推進數學模型康涅狄格大學魚類游動的結構和功能南加州大學游動和飛行的研究東北大學鰻鱺目推進加拿大渥太華大學電子魚研究項目日本東海大學，Kato實驗室胸鰭推進東京工學院地，機械動力和控制實驗室運輸省，船舶技術研究所(SRI)驅動裝置、機動性研究仿生機器魚研究現狀國別研究單位研究內容美國MIT第一條機器魚Robotuna(1994年)Robotuna改進版Pike(1995年)Robotuna最高版VCUUV(1998年)拍動翼研究中佛羅里達大學微電子機器魚(應用SMA技術)德州農工大學仿生驅動材料研究東北大學仿生水下機器人項目(鰻鱺目推進)波士頓大學機器魚推進建模加州理工學院魚類推進的傳感和控制比利時Vrije大學機器魚智能體研究英國Heriot-Watt大學人工胸鰭黑鱸(Blackbass)日本名古屋大學微型水下仿胸鰭模式浮游機器人(PZT)微型身體波動式水下推進器(SMA)Takara公司機器魚，機器水母三菱重工機器魚“MitsubishiAnimatronics”運輸省，船舶技術研究所(SRI)PF-300,PF-600,F-FPSE200,PF-700UPF-2001,PPF-09仿生機器魚研究現狀研究單位研究內容中國科技大學三維波動板理論(3DWPT)(80年代后期)華中理工大學柔性尾鰭推進裝置及魚形機構(1994年)哈爾濱工程大學仿生機器章魚哈爾濱工業大學仿魚鰭推進機理中科院沈陽自動化所兩關節仿生機器魚北航機器人所機器鰻魚(1999年)、機器海豚(2001年)中科院自動化所鲹科類機器魚設計、控制與協作研究(2001年)美國MIT研制的機器魚（1994，1995，1998）美國東北大學機器鰻魚英國Essex大學G系列機器魚英國埃塞克斯大學機器魚瑞士技術學院BoxyBot機器魚日本運輸省船舶技術研究所PF系列仿生-Ⅱ北航機器人研究所哈爾濱工業大學其他外形的機器魚有待完善的方面隨著機電一體化技術、訓一算機技術、流體力學和仿生學等相關學科的發展，研究人員研制出了多種仿生機器魚。現有的機器魚已經可以模仿魚類的多種運動模式。但是，現有的仿生機器魚還難以滿足實用性的要求。仿生機器魚難以實現完全柔性的推進運動，推進效率難以與魚類媲關，機動性和穩定性還存在不足，操縱性、智能控制、通訊等問題還有待解決。仿生機器魚是通過模仿魚類的游動方式來實現推進的，其分類可以依據魚類游動分類方式進行劃分。根據魚類游動使用的身體部位不同可以將魚類游動分為身體和尾鰭推進(BCF)模式、中鰭和對鰭推進(MPF)模式。

BCF模式：通過波動身體的某部分和尾鰭，形成向后的推進波，大多數魚類，都采用這種推進方式。該模式可實現連續、快速、高效率的游動。

MPF模式：多數魚類的背鰭、臀鰭、胸鰭和腹鰭只用于輔助推進、調整姿態，但是，占魚類總數約15%的魚類卻以這些鰭作為主要推進部件。該模式游動速度慢，但穩定性好、機動性高。仿生機器魚的總體設計思路實驗模型基本構成控制系統（包括電池）執行機構（伺服舵機，聯結架等）魚骨架（魚頭，魚皮，尾鰭）功能擴展模塊（攝像頭，傳感器等）模型簡圖機械設計課程設計基本運動直行上升下潛左轉右轉加速減速懸停功能擴展測距（紅外測距，超聲波測距）圖像采集自主導航自主避障無線通信各類傳感器智能仿生機器魚裝備多種傳感器的智能仿生機器魚系統基于視覺的仿生機器魚控制裝備攝像頭的仿生機器魚應用實例2012年5月22日，一批“機器魚”在西班牙北部港口城市希洪開始“服役”，它們的主要任務是檢測水質的污染狀況，將污染地點報告給相關部門。這種新技術可以將檢測污染物的時間從數周縮減至數秒，而且還能大大減少處理污染所需的費用，每年節約的成本可超過20億美元。（/hqzx/2012-05/24/content_15371785.htm）2004年8月，我國科學家曾使用“ＳＰＣ－ＩＩ”仿生機器魚（北航機器人研究所和中科院自動化研究所研制）對福建東山海域鄭成功古戰艦遺址進行了水下考古探測試驗。機器魚對4000平方米的水域進行了攝像考察，有關圖像即時傳送到水面指揮部。在兩天的實驗中，機器魚累計在水中工作約6小時。這是中國考古工作者首次利用機器人輔助水下考古工作。（/2004/1214/136250.shtml）我們需要的仿生機器魚需要具備哪些功能基本運動：直行、上升、下潛、左右轉彎、懸停圖像采集及傳輸無線控制電池可充電仿生機器魚獲得途徑智能機器人公司淘寶玩具廠家學校或科研機構自己制作資料推薦中國知網：仿生機器魚技術研究進展及關鍵問題探討_梁建宏水下仿生機器魚的研究進展II_小型實驗機器魚的研制_梁建宏水下仿生機器魚的研究進展IV_多仿生機器魚協調控制研究_梁建宏仿生機器魚玩具的機構設計_仿真與實現_張志剛仿生