仿生机器鱼研究进展及发展趋势==
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。
仿生机器鱼运动控制技术研究
仿生机器鱼运动控制技术研究一、引言仿生机器鱼是指模仿鱼类行为和机械构造的仿生智能机器人，具有很好的泳动性能，在水下探测和水下维修等领域有着广泛的应用前景。
运动控制技术是仿生机器鱼研究中的重要技术之一，本文将重点介绍仿生机器鱼运动控制技术的研究进展。
二、仿生机器鱼的运动控制技术仿生机器鱼的运动控制技术主要包括三个方面：控制算法、运动学分析和动力学分析。
下面分别进行介绍。
1.控制算法控制算法是指将机器鱼的运动状态转化为对电机控制器输出指令的过程，主要包括开环控制、闭环控制和自适应控制等。
开环控制是根据预设的电机旋转速度和时间来实现机器鱼的运动。
这种控制方法简单易行，但无法对电机输出做出准确的调整。
闭环控制是通过对电机输出信号的反馈控制来实现机器鱼的运动控制，具有较高的控制精度和稳定性。
自适应控制是根据仿生机器鱼本身的状态进行实时调整，实现具有自适应性的控制，实现更高效精准的控制。
2.运动学分析运动学分析是指分析机器鱼在水中的运动特性，包括速度、姿态、位置等，对仿生机器鱼的运动控制提供基础。
仿生机器鱼在水中的运动主要由运动元件和运动机构两部分构成。
运动元件指鱼鳍和尾鳍等，运动机构指控制元件和骨架等。
通过对运动元件和运动机构的运动学分析，可以确定仿生机器鱼在水中的运动特性。
3.动力学分析动力学分析是指分析机器鱼在水中的运动的力学特性，对仿生机器鱼的力学特性分析提供基础。
仿生机器鱼在水中的运动主要由惯性力、阻力和升力等力学特性构成。
通过对仿生机器鱼的动力学特性分析，可以确定机器鱼的运动方向及能耗等相关特性。
三、仿生机器鱼运动控制技术的应用前景仿生机器鱼在水下探测、水下维修等领域有着广泛的应用前景。
其中，水下探测是最为典型的应用之一。
由于传统的无人潜水器需要在水下缓慢移动，在水动力学上取得平衡，并适应水流，因此难以应用于深海探测。
而仿生机器鱼可以模拟鱼的运动形态，不需要外部控制器支持，可以更加有效地应对深海环境的挑战。
仿生机器鱼研究进展及发展趋势
（１）模仿鳐科游动模式的机器鱼 鳐科模式推进效率较高，稳定性好、机动性高：近年来， 各围推出ｒ多种模拟鳐鱼、乌贼等鳍推进的仿生水下机器 人．它Ｗｊ游动时没有侧向摇动， 爱沙尼亚塔尔图大学于２００４年研制了具有一对水平胸 鳍的仿鳐鱼机器人７（见圈６），游速约５ ｍｍ／ｓ。每个胸鳍 由８个加ａｍ长的瓶状［ＰＭＣ致动器和弹性鳍膜构成，
２仿生机器鱼研究现状
鱼类是海洋和淡水中最常见的游动生物，其具有的低阻 力外形和高效、灵活的游动方式是人类水下航行器设计的重 要参考。鱼类游动机理的研究是仿生机器鱼设计研究的基 础。对于鱼类游动机理的研究开展的较早，在观测和实验的 基础上，相继建立了多种游动推进理论。２０世纪９０年代以 后，随着相关技术的发展，研究人员研制出真正意义上的模 仿鱼类游动模式的机器鱼。
ｒｏｂｏｔ ｆｉｓｈ
伴随着人类文明的发展，可开采和利用的陆地资源正日 益减少和枯竭。海洋面积占地球面积的７Ｉ％，海洋中蕴藏着 丰富的生物资源和矿产资源。２１世纪是海洋的世纪，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 海洋防卫的蕈要工具。 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。海洋牛物中的鱼类，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。 随着机电一体化技术、计算机技术、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 有的机器龟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美，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。
仿生机器人的研究现状及其发展方向
学号**********如fk乡悅论文题目仿生机器人的研究进展及发展趋势学生____________________院别_______________专业班级________ 12机自（3）班指导教师_________ 周妍仿生机器人的研究进展及其发展趋势摘要：随着机器人智能化技术的进步，机器人应用领域的拓展，仿生机器人的研究正在引起世界各国研究者的关注。
主要对仿生机器人的国外研究状况进行了综述并对其未来的发展趋势作了展望。
关键词：仿生机器人；研究现状；发展方向人们对机器人的幻想与追求已有3000多年的历史，人类希望制造一种像人一样的机器，以便代替人类完成各种工作。
1959年，第一台工业机器人在美国诞生，近几十年，各种用途的机器人相继问世，使人类的许多梦想变成了现实。
随着机器人工作环境和工作任务的复杂化，要求机器人具有更高的运动灵活性和在特殊未知环境的适应性，机器人简单的轮子和履带的移动机构已不能适应多变复杂的环境要求。
在仿生技术、控制技术和制造技术不斷发展的今天，仿人及仿生物机器人相继被研制出来，仿生机器人已经成为机器人家族中的重要成员。
1仿生机器人的基本概念仿生机器人就是模仿自然界中生物的外部形状、运动原理和行为方式的系统, 能从事生物特点工作的机器人。
仿生机器人的类型很多，主要为仿人、仿生物和生物机器人3大类。
仿生机器人的主要特点：一是多为冗余自由度或超冗余自由度的机器人，机构复杂；二是其驱动方式有些不同于常规的关节型机器人，通常采用绳索、人造肌肉或形状记忆合金等驱动。
2仿生机器人的国外研究现状2.1水下仿生机器人水下机器人由于其所处的特殊环境，在机构设计上比陆地机器人难度大。
在水下深度控制、深水压力、线路绝缘处理及防漏、驱动原理、周围模糊环境的识别等诸多方面的设计均需考虑。
以往的水下机器人采用的都是鱼雷状的外形，用涡轮机驱动，具有坚硬的外壳以抵抗水压。
由于传统的操纵与推进装置的体积大、重量大、效率低、噪音大和机动性差等问题一直限制了微小型无人水下探测器和自主式水下机器人的发展。
仿生机械鱼研究新进展
“如果瞧到一只游动得鱼，您会想到什么？”如果有人问起这个问题，按照笔者得思维，准就是会回答：“清蒸得得话会就是非常得鲜美，红烧得得话口感应该会更加香。
”而带着同样得问题，笔者走进仿生机器鱼课题组,组员们给出得答案却超出了R常生活，她们得回答就是：“瞧见尾鳍得一摆一动，勾起我们得就是如何能进一步改进控制算法，在仿生鱼身上更完美地实现鱼类得波动推进方式。
”“用智能算法来理解鱼之乐”按预约得时间，笔者来到了仿生鱼课题组所在得办公室——自动化大厦9层906室。
课题组成员王硕研究员热情地将我们请到了十三层咖啡厅，点上一壶茶水，在茶叶得沉落之间，为我们一一讲述关于仿生机器鱼得话题。
仿生机器鱼得研究工作由复杂系统控制与管理国家重点实验室得谭民研究员组织与指导，多名研究员、副研究员与在读博士生、硕士生共同合作开展。
一边品茶，王硕一边回忆起课题组得情况。
顺着时间得脉络，她将课题组得情况进行了简要得回顾。
王硕告诉笔者：“仿生鱼作为课题组得研究内容，已经长达十余年之久。
最早就是在2001年，谭民老师与北京航空航天大学王田苗教授交流时，谈到就是否可以将研究所智能控制算法应用于工业设计中。
受其启发，课题组开始了仿生鱼得研究。
” 2001年算就是探索起步阶段，这一时期主要就是对鱼类得跟踪模仿。
到2003年前后，课题组得研究进入到一个新得阶段：三维仿生运动阶段。
为了提高任务得环境适应性，需要机器鱼具有水中得三维运动能力，也就就是需要机器鱼除了推进外还要能够上浮下潜，甚至维持某一深度。
课题组在已有多关节仿生机器鱼得基础上，总结设计了一种新型机器鱼，基于改变胸鰭攻角法，完成仿生机器鱼得俯仰与浮潜运动，设计得机器鱼既可实现俯仰与浮潜，响应迅速，动态特性好。
到2004年，课题组提出一种基于重心改变法得仿生机器鱼俯仰姿态与深度控制方法，用于实现机器鱼水中得浮潜运动。
据介绍，这种方法利用一种可调整位置得配重块结构，以改变机器鱼得重心位置，进而实现机器鱼俯仰姿态得调节。
机器鱼的发展现状即展望
机器鱼的发展现状计算082 张旻0821040223这学期的选修课《机器人与入门实训》让我了解到了很多有关机器人方面的知识。
课程主要是对蛇形机器人和未来之星机器人的原理及应用方面的介绍和相关的实验。
有效地将理论与实践相结合。
是我对这门课产生了浓厚的兴趣。
课程还介绍了一些相关的机器人并观看了一些很有意思的视频：机器人足球赛，机器人打太极拳等，其中令我印象比较深的是机器鱼的一段视频，下面就机器鱼的一些概念和当今的发展状况做一下小结。
机器鱼，故名思议，从材料制作的外形像鱼的机器，配备有化学传感器的自主机器鱼。
鱼类所具有的超高的游泳技巧，灵敏的感觉为人类解决许多实际问题提供了很好的思路。
鱼类具有以下特征：1)高效性。
鱼类游动的推进效率高达90%以上，这使得鱼类能够在力量有限、能量消耗相对较少的情况下达到相当的速度并具有持久的耐力。
2）机动性。
主要表现在两点:加速特性和转向特性。
鱼类运动不像当前的螺旋桨推进方式，推进与转弯分离，鱼类通过胸鳍和尾鳍有机配合，实现推进与转弯的有机统一，但在当前的螺旋桨推进方式下的舰艇在高速行驶时需要很大的转向半径。
3）低噪性。
鱼类的游动方式摆动频率低、柔性好，能最大限度地降低其它不必要的能量损失，充分利用并控制涡流，不产生漩涡尾迹，有利于隐身和突防，具有重要的军事价值。
下面是机器鱼当今的一些应用实例。
虽然这些应用还处于研究阶段，但能够很好的说明机器鱼的意义和应用背景。
（1）狭窄空姐内的检测。
复杂的管线检测是一项非常重要的工作。
由于管线狭小，工作人员很难进入，造成了许多困难。
而具有一定智能的微小机器鱼能携带必要的检测设备自由穿梭于复杂的管线中，完成检测，并将检测结果发送回来。
（2）生物观察。
水下生物观察是对水下生物研究的一个主要方式，同时也是很多经济鱼类养殖所必需的重要手段。
机器鱼具有和鱼类相同的运动方式，容易接近水下生物，将观测记录下来供研究人员进行深入研究。
（3）军事应用。
仿生机器鱼技术研究进展及关键问题探讨_梁建宏
第一个自治的仿生机
器鱼 , 达到可执行作 业的尺寸要求 , 使用
金枪鱼
RoboTuna的运动参数
2 .4 米 / 136千克
3小时
10米
1 .2米 / 秒 75度 /秒 (1赫兹) 1倍体长
PF700(2001 /4)
高速游动研究 , 尝试
日本 运输省船舶 技 通过提高频率来提高 鱼雷形 0 .7米
最近 , 利用非定常不可压 Navier -Stokes 方程直 接求解鱼类游动成为这一领域最新的数值计算手段 。 这种方法计及了粘性的作用 , 能得到更接近实际的结
机器人技术与应用/2003 年第 3期
仿生机器人
果并生动的显示流动的细节 。由于依赖关键的“动态网 , 也是工程应用研究的需要 。总之 , 仿生机器鱼既是流体
SPC 形 式
0 .8米 /10 千克
5 ～ 10 小时
1 .5米
0 .6米 / 秒 约 70度 /
( 1 .71 赫 秒
兹)
1倍体长
推动同的机器人本体达到 0 .45 米/秒的速度时 , 尾鳍上 消耗的能量仅为螺旋桨的 55%, 但是尾鳍驱动伺服系统 上消耗的电能却是马达螺旋桨系统的 1 .57 倍 。表二列 出了一些在研或投入使用的潜器的性能指标 , 有专家指
试到 120 度/秒的转弯角
名
称
航 速 长 度 排水量
续航时间
速度 , 并且转弯半径为体
日本“ 深海 6500” 载 人潜 器
2 .5节
美国伍兹霍尔海洋研究所 “半自 治水文侦察潜水器”(SAHRV)
3～ 4节
水下6000米无缆自治机器CR-01 2节
2 .73米
25800千克
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
仿生机器鱼在水下探测中的应用研究
仿生机器鱼在水下探测中的应用研究在水下探测领域，虽然已经出现了许多高科技的设备，但是传统的潜水艇等设备却存在诸多的不足，比如噪音大、造价昂贵等问题。
而仿生机器鱼作为一种新型水下探测设备，其优异的性能和低廉的价格让人们越来越关注它。
一、仿生机器鱼的发展历程仿生机器鱼的概念最早可以追溯到上世纪八十年代，当时美国纳税人联盟推出了一项名为“我为何要为一条鱼出钱”的运动，机器鱼项目则是其中的一个支持项目。
此后，越来越多的科学家开始异想天开，试图研制出一种可在水下自由活动并执行某种任务的机器鱼。
近年来，随着人工智能、传感技术等科技的迅速发展，仿生机器鱼的研制进入了一个快速发展的时期。
从最初的底盘、摆尾到逐渐实现完整的仿生鱼体，仿生机器鱼已经不再只是一个概念，而是通过不断实验和改进，逐步变成了一种带有实际应用价值的机器人。
二、仿生机器鱼的原理和性能特点仿生机器鱼的外观和动作都是模拟真实鱼类的。
其主要原理是采用一组电机驱动摆尾，并以尾部位置的微调来更改鱼体运动轨迹，从而实现鱼类的自由游动。
同时，通过传感器和数据采集器，仿生机器鱼还能够实现环境感知和控制。
仿生机器鱼由于其良好的仿生性，具有逼真鱼类运动、低噪声、低能耗、适应性强等特点，因此可以被广泛应用于水下探测、水族馆展览、水下摄影等领域。
三、仿生机器鱼在水下探测中的应用前景仿生机器鱼作为一种新兴的水下探测设备，其应用前景也越来越广泛。
在海洋勘探、水下环境监测、水下物流运输等领域，仿生机器鱼都已经被应用。
首先，仿生机器鱼可以用于海洋勘探领域。
现有的探测设备很难获取更深的海洋信息。
而仿生机器鱼在探测海底建筑、海洋生物等问题上具有很大的优势，可以更深入地了解海洋世界。
其次，仿生机器鱼还可以用于水下环境监测。
水下环境监测需要不间断、全面的水下信息收集，并通过处理后上传到地面，在人类不能够到达的水下区域，仿生机器鱼则可以轻松的收集信息。
最后，仿生机器鱼还可以用于水下物流运输，如水下管道维修等方面。
仿生学中的机器鲸鱼研究及发展趋势
仿生学中的机器鲸鱼研究及发展趋势随着科技的发展，仿生学越来越成为人们研究的热门领域。
仿生学是以自然界中的生物为模仿对象，通过对生物体的解析，对其生物器官、结构和功能进行研究，以期能够从中得到灵感，进而开发出更加高效、节能、环保的仿生机器。
机器鲸鱼作为仿生学领域的一个典型代表，引起了人们的广泛关注。
一、机器鲸鱼的研究背景在自然界中，鲸鱼是一种非常适应水生环境的生物。
它们能够自如地在水中舒展身体，并在不同水深和水流下游泳，这种独特的适应性令科学家十分钦佩。
于是科学家们开始研究鲸鱼的生理结构，并尝试将其应用到机器人技术中去。
二、机器鲸鱼的结构和运作原理机器鲸鱼的结构十分复杂，主要分为头部、身体和尾部三部分。
头部集中装有传感器、摄像头和计算机等设备，身体则负责储存电源、传输信息和运动控制。
尾部则是机器鲸鱼运动的核心部位，同时也是仿生学设计的难点。
机器鲸鱼的运作原理主要借鉴了鲸鱼的自然运动方式，即“蜗轮驱尾”。
在自然界中，鲸鱼的尾鳍通过振动来产生推进力，从而实现游动。
而机器鲸鱼也模仿了鲸鱼的这种推进方式，通过电磁感应产生的振动来实现游动。
这种推进方式既能够确保机器鲸鱼游动的高效性，又能够减少对生态环境的破坏。
三、机器鲸鱼在实践中的应用机器鲸鱼在实践中有非常广泛的应用前景。
其中，它可以被运用在海洋生态保护、海洋资源开发、海洋科学研究等领域中。
在海洋生态保护方面，机器鲸鱼可以通过携带传感器等设备感知海洋环境信息，及时掌握海洋动态，有效地监测海洋生态的状况，帮助科学家了解并解决海洋污染、捕捞压力、气候变化等问题。
在海洋资源开发方面，机器鲸鱼可以被运用在海洋矿产、海底油田的探测和采集中，解决破坏海洋生活的浅层钻探和石油开采过程中的生态问题，大大提高开采效率。
在海洋科学研究方面，机器鲸鱼的运用可以帮助科学家们更好地了解海洋的运动规律、环境变化、生态基础等，有助于加强对海洋深层次的研究，为保护海洋环境、促进可持续发展做出更积极的贡献。
仿生机器鱼的设计与优化研究
仿生机器鱼的设计与优化研究近年来，随着科技的不断进步，仿生学技术也被越来越广泛地应用于机器人的设计和制造中。
作为仿生学技术的一个重要应用领域，仿生机器鱼不仅能够模拟鱼类在水中的游动，还能够应用于水下勘探、水利工程、水下作业等众多领域。
本文将围绕仿生机器鱼的设计与优化研究展开探讨。
一、仿生机器鱼的设计仿生技术最大的特点就是利用自然界中已经存在的模型进行模仿，从而实现机器人系统的设计和制造。
对于仿生机器鱼的设计来说，我们可以借助鱼类的运动方式，选择合适的材料，设计机器鱼的鳍和身体等部分。
1. 鱼类运动方式的模仿鱼类在水中游动的方式有很多种，但是可以归结为两类：单顶鞭毛运动和双顶鞭毛运动。
其中，单顶鞭毛运动主要是通过尾鳍的左右摆动使整个身体向前推进；而双顶鞭毛运动则是通过尾鳍的上下摆动和身体的扭曲来推进。
因此，我们可以根据仿生机器鱼的不同应用场景选择不同的运动方式。
2. 材料的选择一般来说，仿生机器鱼的身体材料可以采用硅胶、PET薄膜等柔性材料，而鳍则可以采用钛合金、复合材料等刚性材料。
通过这种方式，我们既能够保证仿生机器鱼的灵活性，又能够保证其稳定性和耐用性。
3. 鳍和身体的设计在仿生机器鱼的设计中，鳍和身体的设计非常重要。
通过模仿鱼类的鳍和身体结构，我们可以使仿生机器鱼在水中游动更加自然、流畅。
与此同时，我们还可以在鳍和身体的设计中加入一些特殊的结构，比如说气囊、变形杆等，从而实现仿生机器鱼的柔韧性和稳定性。
二、仿生机器鱼的优化研究在设计出仿生机器鱼之后，我们还需要对其进行优化研究，以提高其性能和实用价值。
具体来说，我们可以从以下几个方面入手。
1. 运动控制仿生机器鱼的运动控制是其最为核心的技术之一。
通过运用传感器、控制器和执行器等组成的系统，将仿生机器鱼所受到的外力转化成相应的运动命令，并传输给执行器，从而实现机器鱼的相应运动。
在仿生机器鱼的运动控制中，最为重要的是如何利用逆向动力学等技术对其进行建模和仿真，以实现更为高效的运动控制。
仿生机器鱼的设计与优化
仿生机器鱼的设计与优化一、绪论随着工业化和人口的不断增长，对水产资源的需求也越来越大。
因此，为了更好地满足人们对水产品的需求，加强水产养殖也成为了我们摆在面前的任务之一。
而仿生机器鱼技术的应用，为水产养殖行业注入了新的活力。
二、仿生技术的基本原理仿生技术是一种模仿自然生物形态和机理，进行人工设计和制造的技术。
其基本原理是通过对自然界生物形态、生理机能等进行深入研究，提取其中的优秀特征，应用到工程设计中，达到优化设计的目的。
三、仿生机器鱼的设计及其作用1、仿生机器鱼的设计仿生机器鱼是一种通过仿生技术制造的机器鱼，在外形、运动和色彩方面与真实鱼类相似。
其设计基本包括机器鱼的外形设计、内部结构设计以及运动特点的刻画等部分。
在这个过程中需要对如何提高其智能化、适应不同环境等方面进行研究。
2、仿生机器鱼的作用仿生机器鱼的应用主要体现在以下几个方面：（1）水产养殖：将仿生机器鱼投入到具有相同水环境的水产养殖中，可以模拟真实鱼类的生长环境，从而提高水产养殖效率和产量。
（2）水下监测：在水下环境中，通过仿生机器鱼的运动、采样和研究分析等功能，可以监测河流、湖泊等水域的水质状况、鱼类生态及种群数量等信息。
（3）水下探测：仿生机器鱼可以拥有类似于真实鱼类的敏锐感官，可以更好地进行水下搜索、侦查及行动。
四、仿生机器鱼的优化及其应用1、仿生机器鱼的优化仿生机器鱼设计的优化需要关注以下几个方面：（1）机器鱼的形态优化：改善外形设计会直接影响到机器鱼的运动性能。
为了达到更好的性能指标，必须对机器鱼的外形进行优化改造。
（2）机器鱼的动力优化：机器鱼动力与能源的优化是提高其泳速和续航能力的关键。
可以通过优化驱动系统、减轻机器鱼的质量等措施来提高动力效率。
（3）机器鱼的感知优化：仿生机器鱼的感知系统直接影响到其水下行动和任务完成情况，特别是对于水下探测和监测功能来说，感知系统的优化显得尤为重要。
2、仿生机器鱼的应用（1）水产养殖领域中，仿生机器鱼作为一种智能化养殖技术，通过对水环境进行模拟，可以改善水产养殖业的发展状况。
仿生机械鱼研究新进展
仿生机械鱼研究新进展近年来，仿生机械鱼研究取得了新的进展，对于科学、技术和环境保护领域都具有重要意义。
仿生机械鱼是借鉴了生物鱼类的鱼鳍、鱼尾、水动力学和游泳方式等特点设计制造出来的机器。
首先，仿生机械鱼研究在科学领域具有重要意义。
通过深入研究生物鱼类的运动方式和生理特征，科学家们能够揭示自然界中生物的机体结构和机能性能的奥秘。
仿生机械鱼能够模拟真实鱼的运动方式，使得科学家们能够更好地理解鱼类的行为和适应性，为生物学家们提供了宝贵的研究工具。
其次，仿生机械鱼研究在技术领域也有着广泛的应用前景。
仿生机械鱼的设计和制造可以为水下探测、海洋勘探、海洋救援等领域提供创新解决方案。
例如，仿生机械鱼可以被用于水下摄像、水下声纳和水下通信等任务，能够在水下环境中更好地完成各种任务。
此外，仿生机械鱼的制造和控制技术也有望在水下机器人、智能交通等领域得到广泛应用。
再者，仿生机械鱼研究对于环境保护具有重要意义。
随着环境污染和捕捞压力的增加，水生物种的数量在快速减少。
仿生机械鱼可以被用于监测海洋环境、调查水生物种群和保护水生生态系统等任务，有助于及时发现和解决环境问题。
此外，仿生机械鱼还可以被用于海洋生物保护区的巡逻和监测，为维护生物多样性和保护海洋生态系统做出贡献。
值得一提的是，近年来，仿生机械鱼的研究取得了一些新进展。
传统仿生机械鱼主要通过模拟真实鱼的游泳方式来实现，但存在着机体结构复杂、制造难度大和控制精度不高等问题。
然而，最近一项研究表明，利用智能材料和机械设计方面的突破，可以开发出更加高效和精确的仿生机械鱼。
例如，研究人员发现，利用电致变色性形状记忆合金等智能材料可以实现仿生机械鱼鱼鳍的形状变化，从而提高机械鱼的运动效率和控制性能。
此外，还有研究表明，通过利用微型化和纳米技术，可以制造出更小巧和精确的仿生机械鱼，有望在微观环境中实现各类精准操作。
综上所述，仿生机械鱼研究在科学、技术和环境保护领域都取得了新的进展，并具有广泛的应用前景。
仿生机器鱼研究的进展与分析--魏清平
好 、 噪声 低 、 对 周 围环境影 响小 等优点
正 是鱼类 这些运 动特 点引起 生物学 家 、 力学 家浓
厚 的兴趣 , 深 入研 究其运 动机理 以揭 示形成 鱼类这 些运 动特点 的 内在 原 因 同时机 器人 学者 也在 鱼类 的 启发 下 , 通过 模仿 鱼类 的运动 方式 , 不断研 制和 完善具有鱼类 运动 特点 的仿 生机 器 鱼 , 以期构 建采用 高效 、 高机 动游 动方式 的新 型水 下机器 人系统 一般 来说 , 按 鱼类运 动的 时间特性 可 以将 鱼类 的游动 分为 周期游 动和瞬 时游 动 而根 据 鱼类 游动 时产生推进 力的 部位不 同 , 可 以将鱼 的游 动模式分 为身体 尾鳍 模式 , 和 中央鳍 对鳍模 式 , 对 鳍模 式方面都 有很 多工作 两 类 ` 目前 , 仿 生机 器鱼 研究 在身体 尾鳍模 式和 中央鳍
和 ` 通过 定性 分析 , 将 波动鳍 产 生的力分 为两 部分 鳍 刺简 单振 动产 生的 垂直 于鱼 鳍基 线 的力 肠 鳍面 波 动运 动产 生的 平行 于鱼 鳍基 线 的力 凡 利用 流体 力 学中 的作 动 盘理 论 来研 究 波 动鳍 运 动
理论分 析 了鳃 科模 式 的水 动力 特性
一
联 合使 用 非 定常 翼 型理 论和 叶片 元 但 这 些理论 也有
这 些 早期 的理 论研 究分 析 了 鱼体 游动 过程 中的受 力情
况 , 建立 了鱼体 推进 模型 , 为后续 仿 生机器 鱼的运 动建模 奠 定了理 论基础
原因
一定 的局 限性 , 基本 上都 没有考 虑 涡流对 鱼类推进 的影响 , 也没 能解释 鱼类 高效游 动 的本质
我们也要
随 着数 字 粒子 成 像测 速仪
仿生机器鱼
研究报告成绩哈尔滨工业大学创新研修课研究报告报告题目仿生机器鱼的国内外研究进展课程名称仿生机器鱼水下推进技术学生姓名刘砚文学号6110810539专业机械设计制造及自动化学院英才学院任课教师刘军考刘英想二O一二年十一月制仿生机器鱼的国内外研究进展伴随着人类文明的发展,可开采和利用的陆地资源正日益减少和枯竭。
海洋面积占地球面积的71%,海洋中蕴藏着丰富的生物资源和矿产资源。
21世纪是海洋的世纪,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。
军事方面，由于仿生机器鱼在声纳上的表现形式和生物鱼类几乎相同，具有噪声低，对环境扰动小，敌方不容易发现等特点，这极有利于隐蔽鉴于仿生机器鱼的诸多优点，国内外学者越来越重视新型仿生机器鱼的研究与开发，取得了很多阶段性的成果，设计了各种各样的机器鱼样机，机器鱼的理论和实验研究已渐显规模。
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。
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美,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。
仿生机器鱼研制现状将首先对国外和国内进行对比说明机器鱼的发展动向：1.国外研制现状：随着高新技术的发展, 1994年MIT研究组成功研制了世界上第一条真正意义上的仿生金枪鱼, 开启了机器鱼研制的先河。
机器鱼研究报告
机器鱼研究报告1. 引言机器鱼是一种仿生机器人，通过模拟鱼类的游泳动作和行为来实现自主运动。
机器鱼在水下环境中具有优异的机动性能和灵活性，因此在海洋勘探、水产养殖和水下救援等领域具有重要的应用价值。
本文将介绍机器鱼的发展历程、原理、应用和未来发展方向。
2. 发展历程机器鱼的研究始于20世纪90年代，最早由美国麻省理工学院的研究人员提出。
最早的机器鱼采用电动机驱动尾鳍，通过模拟鱼类的尾动作实现游动。
随着材料科学和控制技术的进步，现代机器鱼不仅能够模拟鱼类的游泳动作，还可以实现智能化、协同控制和远程操作。
3. 工作原理机器鱼的运动主要依靠尾鳍和胸鳍的运动。
通常采用柔性材料制作尾鳍，通过变形和摆动产生推进力。
同时利用电动机、水泵等装置通过控制尾鳍和胸鳍的协同运动模拟鱼类的游泳动作。
此外，机器鱼还配备有传感器，如摄像头、水质监测器等，用于感知和采集周围环境信息。
4. 应用领域机器鱼在海洋勘探、水产养殖和水下救援等领域具有广泛的应用前景。
4.1 海洋勘探机器鱼可以搭载各种传感器，如声纳、摄像头和水质监测器，用于进行海洋生态监测、海底地质勘探和海洋资源调查。
机器鱼可以自主进行探测和采集数据，可以在复杂的海底环境中灵活机动，大大提高了海洋勘探的效率和精度。
4.2 水产养殖机器鱼可以应用于水产养殖中的水质监测、鱼类疫病的预防和饲料的投放。
通过搭载水质监测器，机器鱼可以监测水中的溶解氧、温度和污染物的浓度等指标，为水产养殖提供实时的数据支持。
此外，机器鱼还可以模拟鱼类的行为并投放饲料，提高鱼类的生长速度和养殖效益。
4.3 水下救援机器鱼可以用于水下救援任务中的搜救和侦察工作。
机器鱼可以配备摄像头和声纳等传感器，用于搜索和定位被困的人员或潜水器材。
机器鱼具有较小的体积和机动性，可以在狭窄的空间中进行搜索，并在紧急情况下提供迅速的救援。
5. 未来发展方向随着人工智能和机器学习等技术的快速发展，机器鱼还可以进一步实现智能化和自主决策能力。
仿生机器鱼的设计和研究
仿生机器鱼的设计和研究自从人类引领着科技进步以来，仿生工程逐渐走进了人们的生活。
仿生技术的应用不仅改变了现实生活，也推动了科技的飞速发展。
其中，仿生机器的研发正受到越来越多的关注。
在这些机器之中，仿生机器鱼的出现让人们眼前一亮。
仿生机器鱼所蕴藏的飞跃，正体现了我国科技发展和应用水平的提高。
一、仿生机器鱼的设计初衷仿生机器鱼，有着丰富的内涵和广阔的应用前景。
仿生机器鱼是指模仿生物鱼类的外形、结构和运动方式，设计与制造出来的机器鱼。
仿生机器鱼的研究始于2004年，最初设计目的是模拟海洋环境下的操纵和执行任务。
最初，仿生机器鱼的设计初衷，是为了执行与海洋有关的任务，如探测水下情况，支持搜救工作以及减轻对海洋生态环境的破坏和损害。
随着研究的不断深入，仿生机器鱼已经应用到了智能机器人、自主控制、水下探测等多个领域。
二、仿生机器鱼的工作原理仿生机器鱼主要由电机、水轮或螺旋线、控制设备以及鱼的外部壳体组成。
仿生机器鱼的工作原理与真实鱼类极为相似。
它可以在水中舒展几何，像真正的鱼一样自由自在的栖息和游动。
仿生机器鱼通过装有水泵的尾部推进器、装有导轮的鱼尾、光学传感器、电子控制器和锂电池组成的控制系统来实现自主运动和控制，进而达到仿生效果。
三、仿生机器鱼的应用场景1.海洋探测仿生机器鱼是一个理想的海洋探测工具。
它通过真实模拟鱼类的外形、结构和运动方式，摆脱了传统探测器在海底工作所面临的问题，如通讯传输受干扰和无法跨越大面积地带等问题。
2.流体力学研究仿生机器鱼的出现，为流体力学的研究带来了崭新的思路。
仿生机器鱼能够发挥极大的作用，对水下流体的动力特性进行研究，在水下声波传播、声纳处理、减水噪声等方面取得一定的成果。
3.商业应用仿生机器鱼的应用可以拓宽水下商业领域。
以渔具商为例，仿生机器鱼可以扮演新型的诱饵，可以提高传统钓鱼的效率，可应用于渔业生产中。
四、仿生机器鱼的未来展望仿生机器鱼的研究不仅仅是探究科学和技术，更是对未来的展望和期待。
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目录
未名Q鱼 ......................... 错误!未定义书签。
机器鱼系列产品. (4)
性能参数： (4)
机器海豚系列产品 (7)
性能参数： (8)
仿生海洋生物进化系列演示平台 (8)
水下多机器人协作实验平台 (10)
人形机器人
双足机器人是一款人形机器人产品，外形可爱身材小巧的机器人能够象人一样的自主行走、舞蹈、打太极拳、体操、上下楼梯等表演。
操作者可通过电脑或遥控器、语音来遥控其动作，也可以通过编程让其实现自己所需要的高难度动作。
17个伺服电机
可远程编程，随时更新动作程序
图形化操控界面
自由度：17个自由度
尺寸：25*7*20
电池：5V 2500mAH 镍氢电池
未名Q鱼采用模块化的设计思想，把所述仿生机器鱼分为传感交互部分、仿生推进部分、上升下潜部分、动力电源部分、控制通讯部分和骨架外形部分等6部分。
前5部分各自独立，通过防水软管相互连接，依次固定在骨架上与外形相互连接，构成所述仿生机器鱼。
这种结构使各部分相互独立，使维修、更换方便，并且减少了由于整体封装而带来的密封问题。
传感交互部分装有超声传感器以感知前方障碍物的距离，并在所述仿生
机器鱼的头部装有LED灯，通过灯光的变化与外界产生交互作用。
仿生推进部分使用直流电机通过机械机构的变换之后，把电机的连续转动变换为正弦规律的来回摆动运动。
上升下潜部分采用鱼漂的原理实现仿生机器鱼的上升下潜，动力电源部分采用可充电Li电池为整个系统提供能源。
控制通讯部分通过无线或超声通讯接收遥控器的遥控指令，并为仿生推进部分和上升下潜部分提供控制信号。
骨架外形部分使各部分在机械上相互连接，并能够选用金鱼、鲤鱼、鲨鱼等造型。
机器鱼系列产品
Rofish 为仿生机器鱼系列产品，
该产品以先进的电子、机械技术，
模拟鱼类的游动方式，通过新材料
对其外形进行精确仿真，使之达到
以假乱真的效果。
性能参数：
➢体长：20cm--80cm，需要特殊尺寸可定做。
➢外形：锦鲤、金鱼、海豚、鲨鱼等，可定制。
➢游速：1BL/S。
BL为身体长度，即游速与体长有关，
游速为1倍体长每秒。
➢连续工作时间：3--4小时，锂动力电池供电。
➢通讯方式：RF通讯或声纳（Sonar）通讯，可选其一。
➢控制方式：串口/USB控制或遥控器控制，二者可选其一。
Rofish 采用结构化的设计方法，高稳定性的电机保证其产品的稳定性。
控制方式有两种选择：串口/USB控制和遥控器控制。
产品内核采用Bootloader 无线编程的编程方式，可随时更改游动程序以适应实际的环境。
串口/USB控制方式可同时控制多条机器鱼，通过简单的编程控制可实现多鱼之间的相互追逐、嬉戏等。
结合“科技奥运”的主题和福娃贝贝，塑造机器贝贝。
借助科技手段，为奥运吉祥物赋予智能和生命的活力。
机器贝贝、智能贝贝、动感贝贝将畅游奥运村和各个比赛场馆，为奥运添彩，为祖国争光。
机器鱼容器可以设计成奥运场馆水立方的外形，则更能体现科技奥运，具有科技展示效果。
机器海豚系列产品
机器海豚（Rophin）运用机械、电子、新材料等仿生学理论模拟海豚游动方式，并经过特殊设计使海豚的形体结构也能真实再现。
Rophin能够应用在许多相关科研及展示领域。
Rophin是国内唯一的一款仿生机器海豚产品。
采用结构化的设计方法，高稳定性的电机保证其产品的稳定性。
方向控制采用正交电机控制，灵活性强。
产品内核采用Bootloader无线编程的编程方式，可随时更改游动程序以适应实际的环境。
性能参数：
➢体长：40cm，有特殊要求可定做。
➢游速：1BL/S。
➢持续工作时间：2--3小时。
➢通讯方式：RF通讯或声纳（Sonar）通讯，可选其一。
➢控制方式：串口/USB控制或遥控器控制，二者可选其一。
仿生海洋生物进化系列演示平台
☜该平台是北京博雅创业科技有限公司开发设计的科普演示平台，可用于科技馆科普专题展等众多科普场所。
☜该平台运用仿生机器人科技来再现海洋生物进化的全过程。
通过对海洋生物游动动作及生活习性逼真的模拟，辅以声光电效果，真实的再现远古地
质时代的特征，重演生物进化的过程。
让参观者对生物进化有一个更加直观、生动的认识。
☜该平台对海洋生物进化的演示是以仿生实物的演示为主，图文和多媒体讲解为辅，加深对逝去的未知世界的全方位的认识。
☜以动画短片的形式，用历险的方式表现生物进化过程，同时参观者还可以针对自己感兴趣的生物进行遥控操作，多角度观察，增加人性化、趣味性与参与性。
☜综合声纳定位、通讯控制实现仿生海洋生物之间嬉戏、追逐、捕食等交互动作，展现远古生物的生活习性。
☜该产品获得2006中国（芜湖）科普产品博览交易会优秀科普产品银奖。
☜展台大小：8×3×2.5m（可根据实际情况自定）
☜可根据需求重新编排各个仿生海洋生物及群体的行为；
☜生物种类可自选择。
标准海洋生物进化演示平台；基本海洋生物进化演示平台；仿生海洋生物展示平台；简易仿生海洋生物展示平台。
水下多机器人协作实验平台
协作平台是多智能体协作理论与实践研究的教育平台。
通过本平台可以针对水下机器人进行全局信息/局部信息的路径规划、任务分配、队形控制、协作运输、围捕等群体协作任务的研究与实验，探索多机器人协作领域的理论问题。
系统具有模块化、结构化、强容错性、可扩展的层次型控制体系结构，把多机器人和系统控制算法、协调策略有机地集成在一起而建立的一个结构紧凑、操作简单、界面友好、便于维护的机器人实验平台。
系统研制中关注如何使多机器人协调协作高效率高质量地完成指定的任务，按照一定的协作框架设定任务的协作策略，并能为动态复杂环境下的协作提供理论和技术指导。