仿生机器鱼pPPT
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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（ １ １ ） 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 机器鱼
。 山东省青岛十九中高三（ １ １ ） 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
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
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
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。
仿生机器鱼的意义
推进系统
采用泵、电机、减速器等组成，实 现水流的吸入和喷射，产生推力。
仿生机器鱼的软件算法
控制算法
采用PID控制、模糊控制等算法 实现航向和姿态的控制。
感知算法
通过机器视觉、深度学习等方 法实现环境感知和目标识别。
信息处理算法
采用模式识别、信号处理等方 法对感知信息进行处理和分析
，实现信息提取和应用。
环境监测
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。
娱乐行业
电影拍摄
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。
1 2
探索海洋
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。
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
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
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。
仿生机器鱼的意义
推进系统
采用泵、电机、减速器等组成，实 现水流的吸入和喷射，产生推力。
仿生机器鱼的软件算法
控制算法
采用PID控制、模糊控制等算法 实现航向和姿态的控制。
感知算法
通过机器视觉、深度学习等方 法实现环境感知和目标识别。
信息处理算法
采用模式识别、信号处理等方 法对感知信息进行处理和分析
，实现信息提取和应用。
环境监测
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。
娱乐行业
电影拍摄
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。
1 2
探索海洋
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。
仿生机器鱼的研究与开发(1)
自动化理论、技术与应用２．３仿生机器鱼的研制图１ＤＲＡＰＥＲ实验室的ＶＣＵＵＶ第一条仿生机器鱼是ＭＩＴ海洋工程系的Ｔｒｉａｎｔａｆｙｌｌｏｕ研究组研制的ＲｏｂｏＴｕｎａ：Ｃｈａｒｌｉｅ．Ｉ，该机器鱼是一条长约１．２米，由２８４３个零件组成的机器金枪鱼，由６个驱动电机驱动，能够像真鱼一样游动【３０１。
１９９８年，ＤＲＡＰＥＲ实验室基于ＲｏｂｏＴｕｎａ完成了ＶＣＵＩⅣ。
美国东北大学海洋科学中心利用形状记忆合金（ＳＭＡ）和链杆机构开发了波动推进的机器鳗鱼。
美国新墨西哥大学ＭｅｔｈｒａｎＭｏｊａｒｒａｄ研究小组将高分子电解质离子交换膜（ＩＥＭ）镀在金属薄片上，通过外加电场实现人工合成肌肉的运动，产生鳗鱼的游动方式。
日本名古屋大学研制出采用形状记忆合金驱动的微型身体波动式水下推进器和压电陶瓷驱动的双鳍鱼型微机器人。
日本运输省船舶技术研究所（ＮＭｍ）研制的一系列机器鱼中的ＵＰＦ－２００１，旨在研究机器鱼的高性能和多用途。
日本东海大学Ｋａｔｏ实验室为了研究人工胸鳍机动性和推进性能而研制的测试平台：人工胸鳍黑鲈鱼。
三菱重Ｉ（ＭＨＩ）开始生产面向市场的机器腔棘鱼和用于观赏的金色鲤鱼外形机器鱼。
图２三菱公司的机器腔棘鱼中国科学院自动化研究所与北京航空航天大学机器人研究所联合开展了“多微小型仿生机器鱼群体协作与控制的研究”，研制了多种类型的仿生机器鱼。
北京航空航天大学机器人研究所成功使用仿生机器鱼ＳＰＣ．ＩＩ对福建东山县郑成功战舰遗址５０００平方米的海域进行水下探测口¨。
图３ＳＰＣ—ＩＩ仿生机器鱼３ＣＡＳＩＡ仿生机器鱼研制进展仿生机器鱼的研究与开发中科院自动化所在仿生机器鱼方面开展了仿鱼水下运动控制理论、多机器鱼协调控制、自主避障控制、上浮下潜控制、视觉导航控制等多方面开展工作。
３．１仿生机器鱼运动控制与协调方法针对公式（１）所示的鳇科鱼类推进模型进行了仿生机器鱼的控制算法设计。
ｙ幻咖（ｘ，ｆ）警￡（ｃ１戈＋ｃ２碧镎如【意域ｌｚ＋ｃ谢）】（１）。
仿生机器鱼介绍
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，智能机器鱼（机械设计课程设第三十计页，共）32页.。docx
谢谢(xiè xie)！
第三十一页，共32页。
内容(nèiróng)总结
仿生机器鱼。机器鱼，机器水母。UPF-2001, PPF-09。三维波动板理论(3DWPT) (80年代后期)。美国MIT研制的机器鱼（1994，1995，1998）。随着机电一体化技术
Robotuna改进版Pike(1995年)
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
第十六页，共32页。
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(jìnxíng)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。 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。
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，智能机器鱼（机械设计课程设第三十计页，共）32页.。docx
谢谢(xiè xie)！
第三十一页，共32页。
内容(nèiróng)总结
仿生机器鱼。机器鱼，机器水母。UPF-2001, PPF-09。三维波动板理论(3DWPT) (80年代后期)。美国MIT研制的机器鱼（1994，1995，1998）。随着机电一体化技术
Robotuna改进版Pike(1995年)
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
第十六页，共32页。
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(jìnxíng)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。 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
制作仿生机器鱼
给求知的人增添一双翅膀
仿 生 机 器 鱼
给求知的人增添一双翅膀
知识背景
仿生学（Bionics）是模仿生物特殊本领的一门科学。仿生学借以了 解生物的结构和功能原理，来研制新的机械和新技术，或解决机械技 术的难题，1960年由美国的J.E.Steele首先提出。 仿生学的研究范围主要包括：力学仿生、分子仿生、能量仿生、信 息与控制仿生等。
模型零件清点
1.泡棉 2.黑色亚克力载物板 3.四方连接件 4.电机 5.黄色塑料电机座 6.黄色塑料支架 7.开关电池盒 8.橘红色轴套 9.安装螺丝 10.齿轮 11.光轴 12.矩形多孔铁片 13.胶片 14.直角角铁 15.多孔积木片
给求知的人增添一双翅膀
安装
注意: ① 开启包装要小心螺丝和小零件，不要丢失。 ② 使用尖锐的工具，用力要得当，避免划伤。 ③ 不用拿着工具相互之间嬉戏打闹。
调试：在安装完毕之后要将电池盒放入电池进行 调试，看一下齿轮是否啮合，各连接件之间装配 松紧是否合适。
给求知的人增添一双翅膀
将电机安装固定之 前，首先将黑色亚 克力载物板和黄色 支架连接，应注意 两者安装的相对位 置。
给求知的人增添一双翅膀
将电机安装固定之 前，首先将黑色亚 克力载物板和黄色 支架连接，应注意 两者安装的相对位 置。
科学探究 仿生机器鱼
添翼科技模型科普实践活动课堂系列 Try to do !
给求知的人增添一双翅膀
模型简介
这款仿生机器鱼是模仿鱼类 流体状而做成的，它的尾部安装 了模拟鱼类的塑料尾鳍，目的是 为了减小阻力。头部也同样是为 了减小阻力而模拟鱼类做成了扁 平状的。它的工作原理是利用电 动机的驱动将水平的力改变方向 利用齿轮及其连接附件将动力输 出。
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。
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。
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。
电磁驱动软体仿生鱼 共34页
单关节机器鱼的结构虽然简单，但运动姿态过于 生硬，因此不予采用。两关节机器鱼，可以较好 的模拟鱼类的运动姿态，控制上也比较简单，因 为关节较少，体积可以压缩到一个可承受的范围 内，因此，最终选择两个关节作为我们机器鱼的 设计方案。
机器鱼的机构设计
鱼体骨架的设计
采用主脊柱与肋环结构，使鱼成 为一个整体空腔，便于内部安装其他机构。肋环直径各不相同，以 保持鱼体的流线型，从而使鱼体外形更流畅，减少阻力。主脊柱由 刚性材料和劲度系数适中的弹簧组成。刚性材料可保持鱼体的特定 形状，对肋环起支撑作用。劲度系数适中的弹簧可使鱼体尾部具有 一定的柔韧性。因为尾部波动的形成，要求尾部是一个弹性体，这 样摆动机构的摆动才能够形成一束波向后传播，推动包络在周围的 水以获得向前的动力。弹簧的刚性需控制在一定范围内，太硬会导 致损耗太多的电机功率，阻力大，而太软又无法保持鱼的形体。
a 鱼类的形体结构
尾鳍
长距离游动 中优势明显
鱼类推进理论
a 鱼类的形体结构
胸鳍
鱼类胸鳍的运动一般包含三个自 由度，这样才能保证胸鳍产生三 维的力，实现上浮、下潜运动。
鱼类推进理论
b 鱼类游动方式 喷射式 BCF推进方式
（又称尾鳍摆动式） MPF推进方式
机器鱼的机构设计
机器鱼的机构设计
自由度选择与分段设计方案
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）
①②③ ④⑤ ⑥ 模脱胶 表增 加 具模衣 面强 强 制剂层 层层 层 作
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
机器鱼的机构设计
鱼体骨架的设计
采用主脊柱与肋环结构，使鱼成 为一个整体空腔，便于内部安装其他机构。肋环直径各不相同，以 保持鱼体的流线型，从而使鱼体外形更流畅，减少阻力。主脊柱由 刚性材料和劲度系数适中的弹簧组成。刚性材料可保持鱼体的特定 形状，对肋环起支撑作用。劲度系数适中的弹簧可使鱼体尾部具有 一定的柔韧性。因为尾部波动的形成，要求尾部是一个弹性体，这 样摆动机构的摆动才能够形成一束波向后传播，推动包络在周围的 水以获得向前的动力。弹簧的刚性需控制在一定范围内，太硬会导 致损耗太多的电机功率，阻力大，而太软又无法保持鱼的形体。
a 鱼类的形体结构
尾鳍
长距离游动 中优势明显
鱼类推进理论
a 鱼类的形体结构
胸鳍
鱼类胸鳍的运动一般包含三个自 由度，这样才能保证胸鳍产生三 维的力，实现上浮、下潜运动。
鱼类推进理论
b 鱼类游动方式 喷射式 BCF推进方式
（又称尾鳍摆动式） MPF推进方式
机器鱼的机构设计
机器鱼的机构设计
自由度选择与分段设计方案
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）
①②③ ④⑤ ⑥ 模脱胶 表增 加 具模衣 面强 强 制剂层 层层 层 作
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
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。
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
第5页/共19页
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
第2页/共19页
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
第18页/共19页
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
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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
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机械鱼小发明小创造PPT课件
鱼靠什么沉浮？ 找一找，大白鲨少了什么？（ ） A. 鱼鳃 B. 胃 C. 鱼鳔
鱼鳃 心脏 胃肠
普通的鱼
鱼鳃
心脏
肠 胃
大白鲨
鱼靠什么沉浮？
4 仿生机器鱼
观察浮力船
靠轻质泡沫球让鱼浮起来。
模仿鱼的尾巴，通过电 机带动摆来摆去。
5 开始动手制作吧
6 今天你学到了什么？
7 我是小达人
我是小达人
不会，因为管子上方空气流动快，压强小，四周的空 气会向中间挤压，小球无法离开。
课程目录
1. 不会停下的鱼 2. 认识浮力 3. 仿生机械鱼
1 游泳的鱼
画一画
鱼儿长什么样 子呢？你能画
一画吗？
鱼头
鱼身
鱼尾
鱼的身体
纺锤形的身体形状帮助鱼减小阻力，更快的前进
鱼怎么前进？
鱼儿摆动着尾 巴向前游泳
我有尾巴，但 是为什么没有 办法站稳呢？
还有哪些增加 浮力的办法呢？
用盐水可以让鸡蛋浮起来吗？
沉浮 实验
沉浮结果
实验物品 浮在水上 沉在水下
什么是浮力？
水对水面上或者水中的物体产生的向上托举的力量，叫做浮力
怎样让重物浮起来？
小实验
塑料袋
玻璃珠
量杯
马克笔
我猜想 怎样让玻璃球浮起来呢？ 实验现象 袋子里没有空气时，玻璃球会（沉/浮）， 水面比较（高/低） 袋子里没有空气时，玻璃球会（沉/浮）， 水面比较（高/低）。 实验结论 空气让体积变（大/小）， 使玻璃球更（容易/不容易）漂起来。
机械鱼
小测评
科学加油站 5分钟小评测
1.伯努利定律是 流体流动越快，压强越小 。
车进站时轨道里空气流动非常快，外边的空气就会压向轨道 3. 说一说，飞机的形状是怎样的，为什么要这么设计？
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机器鱼的装配
据机械结构设计部分的提出的方案，制作各个连接件。 连接件与舵机、鱼头、尾鳍采用螺丝钉固定，个别不易固 定的地方可使用万能胶水胶合。保证各个部位连接可靠。 整个鱼体连接完成以后，把电路板安装在鱼身上。鱼体上 共有两块电路板，一块是无线接收板，另外一块为控制板， 其中无线接收板安装在鱼体部位，控制板安装在鱼头与鱼 身之间的连接处；电池放鱼头里，经实验这样的摆放有利 于安装和拆卸。
尾鳍设计（新月牙形）
尾鳍材料：塑料 厚度：4mm 实验结果证明：新月形尾鳍推进（鳍3）是一种新 颖的、适合微小型水下机器的推进方式。
鱼头设计
材料：直径为120*250的塑料圆柱
鱼头效果图 鱼头是用直径为120*250的塑料圆柱，为了保证材料浮动在水里，我们在 普通车床上钻了直径55的孔深度为100内孔，掏空以减轻重量。然后在加工 中心平台上加工弧线部分，在加工中心电脑上用UG软件画出鱼头的弧线图形， 根据图形自动生成走刀路线程序，再用代码代替输入到加工中心，如图所示， 经过粗细加工过程，完成鱼头的加工。
机器鱼总装、总调
在完成装配与调试过后，机器鱼进行总体安装，即鱼体、控制 电路板、供电电源整合在一起，并且在其表面裹上防水胶布，保证与 水隔离。 下水实验，实验的第一点是静态平衡实验，由于鱼体各个部位 选用的材料不同，以及装配电路板、舵机、电池等元件的影响，鱼体 的重心不易确定，因此把鱼体放入水中，观察后在适当部位进行配重， 直至鱼体静止时在水中保持平衡。第二点就是动态平衡实验，即鱼体 在运动时保持运动的稳定性。动态平衡首先受静态平衡的影响，因此 保证静态平衡的条件下尽量满足动态平衡。另一调节动态平衡就是通 过程序控制，包括鱼体运动的频率、幅度。
总体结构、封装实物图
（三）机器鱼的硬件结构设计
在整个电路中由发射/接受模块、单片机 At89c51、动力元件（舵机）、电源四部分组成。
发 射 模 块 接 受 模 块
P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P1.7
MCU At89C8051
5V
P1.6 P1.5
动 力 元 件
6V
5V
电源
控制原理图
二. 仿真机器鱼的设计
• 机器鱼的基本功能及组成 • 机器鱼的机械结构设计 • 机器鱼的硬件结构设计 • 机器鱼的软件设计
（一）机器鱼的基本功能及组成
基本实现功能 自由游动（如前进、左弯、右弯等） 遥控控制 基本组成 ������ 6V自带减速器8r/m直流电机(4) 控制模块(1) ������ 电源模块(1) ������ 遥控模块(1) ������ 12V电池(1) ������ 6V电池(2) ������ 铝合金骨架 ������ 防水鱼皮
仿真机器鱼
——苏州大学应用技术学院
2008.12.15
仿真机器鱼的介绍
• 鱼形机器人的发展 • 鱼形机器人的特性与应用 • 仿真机器鱼的设计 • 仿真机器鱼装配与调试
一.鱼形机器人的发展
21世纪是海洋的世纪，随着海洋开发事 业的发展，加上其它类科学（如材料科学 和自动控制理论等学科）的全面发展的时 也带动了综合学科－机器人技术科学的发 展，因而在海洋开发和相关领域中运用机 器人技术已引起了各方面的重视。
制作过程中的难点与问题
• ������ 多部电机的协调控制 • ������ 外壳的封装 • ������ 自身重力和所受浮力的差异调整 • 防水密封
机器鱼水中实验
谢谢！
（五）仿真机器鱼装配与调试
机器鱼的调试
在完成机器鱼装配的基础上对机器鱼运动进行调试。 调试过程中首先做到机器鱼运动轨迹基本符合要求，接下 来进行微调。由于各个舵机绝对位置都有偏差，并且软件 定时不够准确，离散化后的脉冲值不够理想，因此就要根 据实际情况更改脉冲值，直至机器鱼运动轨迹准确。
（五）仿真机器鱼装配与调试
������
鱼形机器人的特性与应用
特性： • 利用电能，对环境无污染 • 无螺旋桨，低噪声 • 不需任何保障设备，对人无危险 • 动作灵敏
应用：
• a.具有监测水污染，检验水质，搜寻污染源
等环保功能。 • b.具有更高的加速和转速能力，利用它可以 探测广袤的大海，勘探地形。 • c.海洋生物观察。由于机器鱼形状和游动方 式与鱼类相似,运动噪音小,利于接近和观察 海洋生物.
材料：白铁皮、薄钢板等 厚度0.9cm 连接机构要求质地较轻，满足强度要求，根据设 计要求我们设计了两种连接方案：
一、
二、
由于购买的材料是0.9CM厚的白铁皮，强度要 求欠缺点，为了有效减小各个舵机转轴所受的弯 矩，提高运动效率，减少能量损失。所以采用方 案（1）轴承连接方式，完全能达到要求。
U形架的实物
（二）机器鱼的机械结构设计
机器鱼由鱼头、 鱼体、鱼尾鳍三部分 组成，鱼体部分共有3 个关节，每一个关节 相对于临近的部分独 立。每一个关节由一 个伺服舵机控制，可 以实现本段和前段的 相对转角位移。通过 Pro/ENGINEER 画图 软件，基本设计出了 鱼的外体模型。如右 图
舵机之间的连接机构设计
（四）软件设计
软件流程图
开始 初始化程序 前进
N Y
前进子程序 左拐子程序 右拐子程序
左拐
N
Y
右拐
N
Y
返回
（四）软件设计
软件功能 本系统的软件主要实现如下功能： 1、接收无线信号并判断功能号。 2、PWM输出，利用I/O口模拟PWM输出完 成对舵机的PWM控制，实现前进、转弯等 功能。
（五）仿真机器鱼装配与调试
据机械结构设计部分的提出的方案，制作各个连接件。 连接件与舵机、鱼头、尾鳍采用螺丝钉固定，个别不易固 定的地方可使用万能胶水胶合。保证各个部位连接可靠。 整个鱼体连接完成以后，把电路板安装在鱼身上。鱼体上 共有两块电路板，一块是无线接收板，另外一块为控制板， 其中无线接收板安装在鱼体部位，控制板安装在鱼头与鱼 身之间的连接处；电池放鱼头里，经实验这样的摆放有利 于安装和拆卸。
尾鳍设计（新月牙形）
尾鳍材料：塑料 厚度：4mm 实验结果证明：新月形尾鳍推进（鳍3）是一种新 颖的、适合微小型水下机器的推进方式。
鱼头设计
材料：直径为120*250的塑料圆柱
鱼头效果图 鱼头是用直径为120*250的塑料圆柱，为了保证材料浮动在水里，我们在 普通车床上钻了直径55的孔深度为100内孔，掏空以减轻重量。然后在加工 中心平台上加工弧线部分，在加工中心电脑上用UG软件画出鱼头的弧线图形， 根据图形自动生成走刀路线程序，再用代码代替输入到加工中心，如图所示， 经过粗细加工过程，完成鱼头的加工。
机器鱼总装、总调
在完成装配与调试过后，机器鱼进行总体安装，即鱼体、控制 电路板、供电电源整合在一起，并且在其表面裹上防水胶布，保证与 水隔离。 下水实验，实验的第一点是静态平衡实验，由于鱼体各个部位 选用的材料不同，以及装配电路板、舵机、电池等元件的影响，鱼体 的重心不易确定，因此把鱼体放入水中，观察后在适当部位进行配重， 直至鱼体静止时在水中保持平衡。第二点就是动态平衡实验，即鱼体 在运动时保持运动的稳定性。动态平衡首先受静态平衡的影响，因此 保证静态平衡的条件下尽量满足动态平衡。另一调节动态平衡就是通 过程序控制，包括鱼体运动的频率、幅度。
总体结构、封装实物图
（三）机器鱼的硬件结构设计
在整个电路中由发射/接受模块、单片机 At89c51、动力元件（舵机）、电源四部分组成。
发 射 模 块 接 受 模 块
P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P1.7
MCU At89C8051
5V
P1.6 P1.5
动 力 元 件
6V
5V
电源
控制原理图
二. 仿真机器鱼的设计
• 机器鱼的基本功能及组成 • 机器鱼的机械结构设计 • 机器鱼的硬件结构设计 • 机器鱼的软件设计
（一）机器鱼的基本功能及组成
基本实现功能 自由游动（如前进、左弯、右弯等） 遥控控制 基本组成 ������ 6V自带减速器8r/m直流电机(4) 控制模块(1) ������ 电源模块(1) ������ 遥控模块(1) ������ 12V电池(1) ������ 6V电池(2) ������ 铝合金骨架 ������ 防水鱼皮
仿真机器鱼
——苏州大学应用技术学院
2008.12.15
仿真机器鱼的介绍
• 鱼形机器人的发展 • 鱼形机器人的特性与应用 • 仿真机器鱼的设计 • 仿真机器鱼装配与调试
一.鱼形机器人的发展
21世纪是海洋的世纪，随着海洋开发事 业的发展，加上其它类科学（如材料科学 和自动控制理论等学科）的全面发展的时 也带动了综合学科－机器人技术科学的发 展，因而在海洋开发和相关领域中运用机 器人技术已引起了各方面的重视。
制作过程中的难点与问题
• ������ 多部电机的协调控制 • ������ 外壳的封装 • ������ 自身重力和所受浮力的差异调整 • 防水密封
机器鱼水中实验
谢谢！
（五）仿真机器鱼装配与调试
机器鱼的调试
在完成机器鱼装配的基础上对机器鱼运动进行调试。 调试过程中首先做到机器鱼运动轨迹基本符合要求，接下 来进行微调。由于各个舵机绝对位置都有偏差，并且软件 定时不够准确，离散化后的脉冲值不够理想，因此就要根 据实际情况更改脉冲值，直至机器鱼运动轨迹准确。
（五）仿真机器鱼装配与调试
������
鱼形机器人的特性与应用
特性： • 利用电能，对环境无污染 • 无螺旋桨，低噪声 • 不需任何保障设备，对人无危险 • 动作灵敏
应用：
• a.具有监测水污染，检验水质，搜寻污染源
等环保功能。 • b.具有更高的加速和转速能力，利用它可以 探测广袤的大海，勘探地形。 • c.海洋生物观察。由于机器鱼形状和游动方 式与鱼类相似,运动噪音小,利于接近和观察 海洋生物.
材料：白铁皮、薄钢板等 厚度0.9cm 连接机构要求质地较轻，满足强度要求，根据设 计要求我们设计了两种连接方案：
一、
二、
由于购买的材料是0.9CM厚的白铁皮，强度要 求欠缺点，为了有效减小各个舵机转轴所受的弯 矩，提高运动效率，减少能量损失。所以采用方 案（1）轴承连接方式，完全能达到要求。
U形架的实物
（二）机器鱼的机械结构设计
机器鱼由鱼头、 鱼体、鱼尾鳍三部分 组成，鱼体部分共有3 个关节，每一个关节 相对于临近的部分独 立。每一个关节由一 个伺服舵机控制，可 以实现本段和前段的 相对转角位移。通过 Pro/ENGINEER 画图 软件，基本设计出了 鱼的外体模型。如右 图
舵机之间的连接机构设计
（四）软件设计
软件流程图
开始 初始化程序 前进
N Y
前进子程序 左拐子程序 右拐子程序
左拐
N
Y
右拐
N
Y
返回
（四）软件设计
软件功能 本系统的软件主要实现如下功能： 1、接收无线信号并判断功能号。 2、PWM输出，利用I/O口模拟PWM输出完 成对舵机的PWM控制，实现前进、转弯等 功能。
（五）仿真机器鱼装配与调试