仿生机器鱼介绍PPT课件

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仿生机器鱼

崮玩转机器人９
仿机器鱼
。山东省青岛十九中高三（１１）班林广硕
很多人都喜欢养金鱼，金鱼浮游水中，翩翩起舞，尤其是那一摇一摆的大尾巴好似一
把展开的扇子，非常优美。通过观察金鱼的游动，我提出了一种仿生机的身体分为头部、躯干、尾部，鱼尾
尾部的摆动，尾部的摆动可以使鱼获得前进
的动力。
摆动时会形成向后的推力，利用作用力与反作用力原理，水也产生对鱼向前游动的力。
如图ｌ所示，向左摆动鱼尾，鱼向左转，向右摆动鱼尾，鱼向右转，向左、向右快速摆动鱼尾，鱼就会向前游动，因此鱼尾的摆动是鱼游
一
二、机器鱼的设计构想机器鱼依靠尾部的摆动获得前进的动力，通过连杆机构将马达旋转运动转换为尾
部的摆动，如图２所示。马达带动曲柄旋转，
通过连杆带动摇杆摆动，摇杆的摆动转化为
机器鱼结构如图３所示，为把四连杆机构固定在鱼体内，我在鱼体内安装了支
架，将马达同定在支架上，曲柄设计成圆盘
状用于支撑连杆与摇杆，通过马达的旋转使鱼尾左右摆动，这样机器鱼就可以在水
里游动了。
动的关键。鱼的身体是流线型，在水中所受

仿生机器鱼介绍ppt

05
结论
仿生机器鱼的优势
生物相容性
仿生机器鱼采用生物相容性较好的材料，减少对生物环境的危害。
高效节能
仿生机器鱼采用流线型设计和优化游动机理，提高游行效率并降低能耗。
适应性强
仿生机器鱼能够适应各种复杂的水域环境，包括狭窄水道、深海等。
提高仿生机器鱼的性能和可靠性
高性能传感器
采用先进的传感器技术，提高仿生机器鱼的感知和控制精度。
娱乐玩具
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。
军事领域
侦查探测
仿生机器鱼可以用于侦查探测，在水下环境中执行任务，对敌方潜艇、水下设施进行探测和侦察。
水下威慑
仿生机器鱼也可以作为一种水下威慑力量，用于保卫国家领海和重要水域，对敌方进行有效的威慑和防范。
03
仿生机器鱼的原理
优化算法
采用先进控制算法，提高仿生机器鱼的自主游行能力和稳定性。
模块化设计
采用模块化设计思想，方便维修和更换故障部件，提高仿生机器鱼的可靠性。
推动仿生机器鱼技术的广泛应用
01
02
03
水下考古
仿生机器鱼可用于水下考古，探索和记录沉船、遗址等。
环境监测
仿生机器鱼可监测水域污染和生态变化，提高环境保护能力。
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仿生机器鱼介绍ppt
xx年xx月xx日
目录
• 引言 • 仿生机器鱼的应用场景 • 仿生机器鱼的原理 • 仿生机器鱼的现状与未来 • 结论
01
引言
简介
定义
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。
研究内容

机器鱼

• 鱼类之所以能造成如此高效率的推进力量，是由于来自尾鳍整合背后涡流的方式。这些涡流的强度随着尾鳍的力量而增加，但是它们的旋转轴方向一直都是垂直于鱼体前进的方向，也就使形成有效推力的喷流平行于鱼体前进的方向。
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。

电磁驱动软体仿生鱼

新月形
电磁驱动装置的设计
电磁驱动装置的设计
动力源的选择
传统驱动主要包括电机驱动，液压驱动与气压驱动。传统驱动一般来说体积都较大，难以用来设计微型机器鱼，但是材料容易获取，在一般机器鱼的设计中使用较多。大部分动力源为电机，需要使用运动机构，因此带来噪声、机械损耗等问题。本设计概念正是针对以上问题提出的，采用
新型动力源，结构简单，容易实现，并且噪声、振动、机械损
耗都比较小。
电磁驱动装置的设计
电磁装置的设计图
1——鱼体主轴 2——侧骨架 3——尾端 4——铰链转轴 5——磁铁 6——阻尼装置 7——电磁装置
结合图1，鱼体动力装置的设计包括主轴1、侧骨架2，主轴为分节结构，各节之间由铰链4连接，每一节主轴上固定一个侧骨架，最后一节主轴上安装有尾鳍3，在每一节侧骨架的断头安装电磁装置5。在最后一节与倒数第二节主轴上设置有阻尼装置6。而本设计的电磁装置是既能产生拉力，又能产生
故称为动力模块。
整体设计方案
鱼身支架结构
整体设计方案
鱼身支架结构
整体设计方案
防水处理玻璃钢模具制作（玻璃钢工艺） ① 模具制作 ② 脱模剂 ③ 胶衣层 ④ 表面层 ⑤ 增强层 ⑥ 加强层
整体设计方案
胸鳍结构（方案一）
整体设计方案
胸鳍结构（方案二）
整体设计方案
动力系统
关节数为4
机器鱼的机构设计
鲹科类尾部的参数设计尾鳍形状
尾鳍的形状与身体的游动特征密切相关。一般来说，R越大，主要由身体波产生推进力，尾鳍的形状主要用来调节机动性能，因此，尾鳍柔性较高，多成半圆形和梯形。R越小，尾鳍在摆动时产生的推进力越大，同时其尾鳍的刚性大。凡游动快速而又作长距离洄游的鱼类，尾鳍多呈新月形或叉形，且尾柄较狭细而有力，如金枪鱼、鲐鱼、鲅鱼等。

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。

北京大学科技成果——RoboLab-Edu自主仿生机器鱼

北京大学科技成果——RoboLab-Edu自主仿生机器鱼项目简介本项目产业化的市场定位为便于携带、操作性强、可进行编程及二次开发的教育行业。

RoboLab-Edu自主仿生机器鱼以热带盒子鱼为原型，采用单关节仿生尾鳍取代无刷推进器，有效降低设备运行噪声的同时节省了能量消耗；设备外壳采用光敏树脂材料3D打印制成，兼具轻便度与硬度；通过重力滑块机构实现设备的上浮下潜，控制更为灵活，具有水下图像识别、水声通信、路径规划等多种智能功能，最大下潜深度可达60m。

此机器鱼的主要特点：1.节能高效：采用单关节仿生尾鳍作为动力源，利用反卡门涡街的驱动原理，仿生推进效率高达80%；2.仿生设计：模拟热带盒子鱼的外形与游动方式，机动性强，有效降低对水下环境的扰动；3.安全可靠：采用整体开放，局部密封的设计，配备红外避障传感器及照明灯，具有低电量返航、失联返航等功能；4.二次开发：预留防水航插接口，可搭载PH、温度等外接传感器，开发新的功能。

应用范围RoboLab-Edu具有操作性强、代码开源等优势，适用于高校科研、中小学机器人教育等用途。

可完成运动控制理论验证，包括机械机构设计、电子电路、算法优化以及多机器人编队等任务。

RoboLab-Edu单关节仿生机器鱼根据应用场景和使用需求，除高精度GPS、九轴姿态传感器以及水声通信等标准模块外，还可以搭载多种水质传感器，进一步丰富产品功能，将其升级为小型水下科研平台。

项目阶段本项目已经做出工程机，可根据实际需求进行定制化开发。

主要性能参数如下：1.续航能力：2小时2.最大下潜深度：60m3.导航：GPS4.通信方式：水声通信5.控制距离：10m6.最大巡游速度：两倍体长每秒7.最大负载能力：1kg知识产权已申请相关专利。

合作方式技术服务。

仿生机器鱼

Lobster robot潜在应用是在有海浪和海流的浅水区域进行自主排雷作业和侦探任务.机器龙虾采用8条三自由度的腿推进, 每条腿采用以镍钛诺合金为材料的人工肌肉为驱动器, 并采用基于神经元电路的控制器来实现机器龙虾的各种行为. Eel robot美国东北大学海洋科学中心研制的鳗鲡模式游动的机器七鳃鳗, 利用电流加热的10条250μ m的 TiNi丝作为致动器,结构简单,游动时无噪音,具有极佳的隐蔽性能。
两栖类仿生机器鱼
两栖机器鱼能巧妙地利用转体机构实现仿鱼和仿海豚
游动的结合, 实现了二种运动模态的自由切换, 其鳍肢/轮桨机构的引入不仅能使机器鱼在地面爬行或仿轮式运动, 而且提高了水中运动的机动性。
在两栖机器鱼的机构设计中，鱼头设一转动副，以实
现鱼的推进模式；当转动90度时鱼体可以转化为海豚的推进模式。第二和第三单元由连杆实现鱼体的摆动，其鱼尾由连杆和齿轮复合驱动，实现鱼尾的摆动与转动。两栖仿生机器人由头部、可替换轮桨/鳍肢机构、转体机构、尾柄复合驱动机构、尾鳍和一系列被称为仿鱼推进单元的关节组成。
波动胸鳍机器鱼
日本大阪大学于2003年研制出的仿胸鳍波动式水下推进
器，两侧的柔性鳍面分别由16个直流伺服电机通过上面的鳍条驱动。此机器鱼能够在水下实现灵活自如的上浮、下潜、转向、俯仰、盘旋等运动，验证了波动鳍仿生水下推进器应用于未来水下机器人的可行性。
制作机器鱼的难点与问题
• • • •
一．仿生机器鱼的研究背景二．仿生机器鱼的分类
三．仿生机器鱼的特点
四．仿生机器鱼的应用五．国内外研究现状
六．制作机器鱼的难点与问题
七．机械鱼的未来
仿生机器鱼的研究背景
随着“蓝色经济”越来越成为各沿海地区经济发展的 “正能量”，大规模的开发探测和利用海洋资源已经是势不可挡的发展趋势。另外，军事方面对水下探测和水下军事打击等的需求也日益增加，为了适应这种发展趋势和需求，研究和开发水下机器人成为了极佳的选择。仅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目标。

机器鱼装配介绍ppt课件

控制板图示
GND 地 VCC 正电源舵机2地舵机2电源舵机2信号线舵机3地舵机3电源舵机3信号线舵机1地舵机1地舵机1地 LED负 LED正 LED正 LED负电源灯编程线天线
晶振
ATmega128
24C02 74HC04
舵机
黑红白三根线
黑色-GND 红色-VCC 白色-信号线
遥控测试
直游转弯改参数改频率
机器鱼常见故障及处理方法
易出问题的地方
串口设置电源电压开关是否打开接线不牢固漏水焊接不牢固通讯模块坏程序问题控制器坏
线路板检测
电源电压 PWM信号产生
改进计划
鱼头色标改进充气孔改进鱼头形状改进鱼头鱼皮套连接方式改进尾鳍改进胸鳍改进
封装
将线路板和控制板塞入鱼头对准安装孔旋紧螺丝：旋螺丝要四边用力均匀，让整个鱼尾与鱼头壁两边的间隙相等剪鱼皮套、套鱼皮套：要让鱼皮套自然不扭曲粘鱼皮套：用橡胶粘合剂粘。要让鱼皮套自然不扭放入水中在外面加装配重块：用橡皮筋套，或打胶枪粘。拆鱼，配重重新封装配重
测试
电池电压：5V以上控制板测试
• • • • • • 检查电源检查单片机PWM端口输出波形烧写Bootloader 9600测试通讯烧写应用程序读取24C02的数据是否正确
电机测试
• 摆动测试 • 1500测试：是否抖动
通讯测试
• 烧写程序 • 通讯距离
尾部组装
仿生机器鱼的研究不仅具有很高的理论研究价值，而且在水下资源探测、海上搜救、水下考古、打捞救助、海底地质地貌勘测、军事侦察等方面具有广阔的应用前景。
机器鱼研究历史

仿生机器人概论PPT课件

微小型仿生机器鱼是指结构尺寸微小、器件精密、可进行微细操作的机器鱼，主要用于医学和一些工业领域。
2021/5/5
✓按照其驱动方式主要分为：压电晶体式（PZT）微小型机器鱼、永磁体式（NdFeB）微小型机器鱼、离子交换聚合体膜式（ICPF 或 IPMC）微小型机器鱼、介电弹性体式（ANTLA）微小型机器鱼、形状记忆合金式（SMA）微小型机器鱼和超磁致伸第缩9页材/共料19页式
利用躯干部和尾部肌肉(大侧肌)的交替伸缩，使身体左右扭动屈曲前进即通过身体的波动和尾鳍的摆动产生推进力。
2021/5/5
四种BCF模式
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二．仿生机器鱼推进机理
1.鱼类游动机理
b.中间鳍、对鳍推进模式(MPF Model)
主要依靠胸鳍或腹鳍的摆动产生推进力，一般为辅助推进模式，但对于而鳐科模式(Rajiform) 、刺鲀科模式(Diodontiform)的鱼类MPF则为主要的推进方式。
娱乐方面
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一．仿生机器鱼概述
3.仿生机器鱼特点
与传统螺旋桨水中推进器比较，仿生机器鱼有以下优点 ✓推进效率高：可以达到80%以上，螺旋桨推进只有 40%~50% ✓机动性好：转弯半径只有体长10%~30% ✓噪音低 ✓对环境扰动小
2021/5/5
第3页/共19页
二．仿生机器鱼推进机理
27(6):518-519. 【13】王扬威，王振龙，李健，杭观荣. 形状记忆合金驱动仿生蝠鲼机器鱼的设计【J】.机器人，
2010 32(2):256-260.
2021/5/5
第17页/共19页
2021/5/5
谢谢！
欢迎批评指正
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仿生机器鱼设计[优质ppt]

鱼类属于脊椎动物种群，其身体有很多跟脊椎骨相互连接而成，采用尾鳍推进的鱼类在游动时主要通过脊椎曲线的波动来产生推进力。因此，大多数鱼类特别是鯵科鱼类的推动机构可分为两部分：柔韧性和摆动的尾鳍。其中柔性身体可看作是由一系列的铰链连接而成的摆动连尾鳍可视为摆动的水翼。
曲线方程：ybody(x,t)=(c1x+c2x2)sin(kx+wt)
仿生机器鱼
组：生技1
鱼类游动的物理原理鱼类游动的运动学模型
随着人类的发展，对资源的需求不断增加，陆地上的资源日益紧缺，于是人类把目光投向海洋。20世纪中期以来，随着科技的发展，机器人技术得以发展并飞速进步。世界上许多国家都非常重视机器人技术的研究，讲机器人作为一个重点研究项目并大力发展。但当前水下机器人多采用传统的螺旋桨作为推进器，其体积大、质量重、能耗高、综合效率低、可靠性差、瞬间响应有滞后的现象、运动灵活性能差，并且伴有较大的噪声和尾涡。螺旋桨效率低也是水下机器人能源瓶颈的主要原因之一。螺旋桨推进器的这些缺点不利于具有大范围转与能力和高机动性的水下机器人。为了克服螺旋桨推进器的这些缺陷，适应未来水下机器人技术发挥在那的要求，人们在开发新能源的同时，也在积极寻找性能更加优良的新型推进方式。
ybody：鱼体的横向位移（背腹轴）； x:鱼体的轴向位移（头尾轴）； k:波长倍数（k=2π/λ , λ是鱼体波的波长）； c1：鱼体波波幅包络线的一次项系数； c2：鱼体波波幅包络线的二次项系数； w:鱼体书波频率频率（w+2πf=2π/T)
鱼类运动学模型的简化鱼体波曲线的方程的改进机器鱼的结构参数优化
minf(X)=∑Si
机械结构示意图
机器鱼总体结构主要分为鱼头、鱼身、鱼尾三个部分。

仿生机械鱼 (2)

市场发展前景：
从简单的应用来讲,仿生机械鱼包装上美丽的外皮可作为观赏鱼走进千家万户,市场前景非常广阔. 还可用于水下拍照录像.为影视作品等服务,从更深一步的应用来讲,如果装上探测仪等,还可以用于探测水中的污染物，并绘制河水的3D污染图。随着研究的不断深入, 仿生鱼与自然原型之间的差距必将逐渐缩小,实际应用前景广阔。
仿生机械鱼
小组成员
前言
仿生机械鱼是模拟鱼类运动的一种仿生机械系统。鱼终生生活在水中，具有适于游泳的鳍和尾部。对鱼类运动的观察与研究，实质上是寻求水域中最优推进形式的过程，是工程优化设计的途径之一。因此仿生机械鱼的设计是基于寻求水中机械运动的一种开发性研究，旨在为人们的生活探索有意义的水中机器人。
仿生机械鱼三维图：
仿生机械鱼鱼鳍部分三维图：
鱼鳍运动机构三维示意图：
水力装置原理说明：
动力装置和电池在鱼的腹部安装，其运动方式为凸轮机构配合凸轮机构共同使鱼鳍获得确定的运动。然后通过同一个电动机配以不同传动比的齿轮机构以及相应连杆使鱼尾也能来回摆动。
请多提宝贵意见！
谢谢各位评委观赏！
仿生机械鱼机械部分示意图：
仿生机械鱼水箱工作原理：
仿生机械鱼电路控制说明：
仿生机械鱼优点：
我们的作品具有机动灵活，机构简单，观赏性强，噪音低，制作成本低等特点。同时我们的仿生机械鱼可以适应多种不同的水域，提供多种探测任务的平台，因此可用于科研探测或执行危险任务。我们的仿生机械鱼外观精美，精致小巧，可根据消费者爱好，包装不同样式和颜色的外皮，可作为居家玩具或休闲娱乐之用。

机器鱼

基本原理
1 鱼类形态描述
• 下图给出了常用的描述鱼体形态的术语。
鱼体通常为纺锤形体或扁平形流线体，可以极大的减小形体阻力。鳍对大多数鱼类的游动能力起到决定性的作用，一般来讲，尾鳍提供前向游动的主要动力，中间鳍起平衡作用，而对鳍主要起到转弯和平衡的作用。
2 鱼类游动方式分类
• 喷射式：乌贼、鱿鱼、水母等依照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，利用动量守恒原理推动身体前进。
• 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，如环境监测、军事侦察等。
• 2. 要求机动性能高的场合或空间狭窄、空间结构复杂的场所。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，采用静音驱动的机器鱼有望解决这一难题。
• 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。
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。
• 鱼类之所以能造成如此高效率的推进力量，是由于来自尾鳍整合背后涡流的方式。这些涡流的强度随着尾鳍的力量而增加，但是它们的旋转轴方向一直都是垂直于鱼体前进的方向，也就使形成有效推力的喷流平行于鱼体前进的方向。

仿生鱼设计简介

简介：本作品依据机械设计、流体力学等知识，综合仿生学，设计制造一种仿鱼机器人，模仿鲤鱼的游动；在游动成功的基础上，给机器鱼加装摄像头和复杂控制系统以及无线传输模块等，实现机械鱼的自主游动、遥控游动和水下监测等功能。

后期还可根据不同任务的需要更换或继续加装其他设备。

详细介绍：背景：随着仿生学、机器人学、流体力学、电磁学、新型材料科学、自动控制理论等学科的不断进步，以及海洋经济的发展和军事需求的增加，科研工作者把目光投向了长期生活在水下的各种生物运动机理的研究上。

水下生物的高效率、低噪声、高速度、高机动性等优点，使其成为科学家们研制新型高速、低噪音、机动灵活的仿生水下机器人模仿的对象。

仿生外形：根据其所模仿水下生物的运动方式，可分为仿鱼水下机器人、仿多足爬行动物水下机器人和仿蠕虫水下机器人，本项目为仿生鱼水下机器人。

仿生外形有多点优势，民用方面，作为水质检测机器人可减小对周围水生生物的影响，最大化还原水体环境，更有利于研究水生生物生活习惯；军用方面，可大幅度降低被敌方探测到的机会，作为搜集敌方情报之用时，可提高生还几率。

动力及运动机构：动力和运动机构方面，本机械仿生鱼为电力驱动，安装锂动力电池，噪声小，可在水下持续游动约1小时；采用四连杆机构，实现仿生摇尾推进，另还可摆头实现回转，胸鳍摇动实现上浮和下潜。

控制方式：控制方式上，仿生鱼上安装有液位变送计、红外光电开关等传感器，配合stc12c5a60s2单片机和上述机构，可实现仿生鱼在水中的自主游动。

另除了程控外，本仿生鱼还可切换为遥控，以适应复杂的使用环境，加强其可靠性程度。

功能：从可实现功能上讲，本仿生鱼上已加装有摄像头、无线数据传输装置等，可实现采集图像、拍摄录像，并将收集到的数据传输到陆地处理设备等功能。

另外还预留有安装其他监测仪器的位置，例如多参数水质检测仪（多参数水质分析仪CN60M/CJ3GDYS201S），根据监测任务的不同可对检测仪进行更换，实现对水体的BOD、COD、氨氮、总磷、总氮、浊度、PH、溶解氧等参数的监测，使其在环境保护、水质的检测和水资源保护中起到重要的作用。

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。