仿生机器鱼介绍（课堂PPT）

1、仿生机器鱼 卢士强2014.3.2012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22022-3-11 研究意义研究意义 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。 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

2、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。 32022-3-11仿生机器鱼研究现状国国 别别 研研 究究 单单 位位研研 究究 内内 容容美国MIT, M.Triantallou研究组涡流控制和减阴机制北亚利桑那州大学，生物系鱼类游动行为Vasaar学院，生物力学实验室加州大学动物系鱼类推进数学模型Lafayette大学，数学系鱼类推进数学模型康涅狄格大学鱼类游动的结构和功能南加州大学游动和飞行的研究

3、东北大学鳗鲡目推进加拿大渥太华大学电子鱼研究项目日本东海大学，Kato实验室胸鳍推进东京工学院地，机械动力和控制实验室运输省，船舶技术研究所(SRI)驱动装置、机动性研究42022-3-11仿生机器鱼研究现状国国 别别 研研 究究 单单 位位研研 究究 内内 容容美国MIT第一条机器鱼Robotuna(1994年)Robotuna改进版Pike(1995年)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比利时Vrije

4、大学机器鱼智能体研究英国Heriot-Watt大学人工胸鳍黑鲈(Blackbass)日本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-700UPF-2001, PPF-0952022-3-11仿生机器鱼研究现状 研研 究究 单单 位位研研 究究 内内 容容中国科技大学三维波动板理论(3DWPT) (80年代后期)华中理工大学柔性尾鳍推进装置及鱼形机构(1994年)哈尔滨工程

5、大学仿生机器章鱼哈尔滨工业大学仿鱼鳍推进机理中科院沈阳自动化所两关节仿生机器鱼北航机器人所机器鳗鱼(1999年)、机器海豚(2001年)中科院自动化所鲹科类机器鱼设计、控制与协作研究(2001年)62022-3-11美国MIT研制的机器鱼（1994，1995，1998）72022-3-11美国东北大学机器鳗鱼82022-3-11英国Essex大学G系列机器鱼92022-3-11英国埃塞克斯大学机器鱼102022-3-11瑞士技术学院BoxyBot机器鱼112022-3-11日本运输省船舶技术研究所PF系列122022-3-11仿生-北航机器人研究所132022-3-11哈尔滨工业大学14202

6、2-3-11其他外形的机器鱼152022-3-11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。162022-3-11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

7、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。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。172022-3-11仿生机器鱼的总体设计思路182022-3-11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）192022-3-11模型简图202022-3-11机械设计课程设计212022-3-11基本运动

8、 直行 上升 下潜 左转 右转 加速 减速 悬停222022-3-11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232022-3-11智能仿生机器鱼 装备多种传感器的智能仿生机器鱼系统242022-3-11基于视觉的仿生机器鱼控制基于视觉的仿生机器鱼控制 装备摄像头的仿生机器鱼充电接头图像数据上传天线控制命令接收天线机器鱼头部机器鱼驱动关节机器鱼尾鳍摄像头252022-3-11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。（http:/ 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282022-3-11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292022-3-11资料推荐 中国知网中国知网：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_