仿生机器鱼设计
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。
三自由度胸鳍仿生机器鱼设计及水动力学分析
三自由度胸鳍仿生机器鱼设计及水动力学分析1.引言随着生物仿生学的发展，越来越多的仿生机器人被设计出来。
其中，仿生机器鱼作为一种具有自主运动能力的仿生机器人，受到了广泛关注。
胸鳍是鱼类运动中非常重要的器官，具有独特的水动力学性能。
本文将设计一种具有三自由度胸鳍的仿生机器鱼，并对其水动力学性能进行分析。
2.胸鳍仿生机器鱼设计2.1结构设计本文设计的仿生机器鱼胸鳍采用了三自由度设计，分别是俯仰自由度、滚动自由度和扭转自由度。
俯仰自由度用于控制胸鳍上下运动，滚动自由度用于控制胸鳍左右运动，扭转自由度用于控制胸鳍扭转运动。
这样的设计能够更好地模拟真实鱼类的胸鳍运动方式，提高机器鱼的运动性能。
2.2材料选择胸鳍的材料选择是影响仿生机器鱼水动力学性能的重要因素。
在本文设计中，我们选择了轻量化、高强度的碳纤维复合材料作为胸鳍的主要材料。
这种材料具有良好的刚度和耐久性，适合用于仿生机器鱼的胸鳍设计。
2.3驱动系统仿生机器鱼的驱动系统是实现胸鳍运动的关键。
本文设计的仿生机器鱼胸鳍采用了电机驱动的方式，通过控制电机的转速和转向来实现不同自由度的胸鳍运动。
同时，我们还设计了合适的传动机构和控制系统，使得胸鳍的运动更加精准和稳定。
为了评估设计的仿生机器鱼胸鳍的水动力学性能，我们进行了数值模拟分析。
通过建立胸鳍的三维模型，利用计算流体动力学软件对其进行水动力学模拟，得到了胸鳍在不同运动状态下的水动力学性能参数。
通过模拟结果分析，我们发现，设计的仿生机器鱼胸鳍具有较好的水动力学性能。
在不同的运动状态下，胸鳍能够有效地产生推进力和控制力，使机器鱼能够实现多样化的运动方式。
同时，胸鳍的运动对机器鱼的稳定性和操控性也具有良好的影响。
4.结论本文设计了一种具有三自由度胸鳍的仿生机器鱼，并对其水动力学性能进行了分析。
通过数值模拟分析，我们发现设计的胸鳍具有良好的水动力学性能，能够有效地产生推进力和控制力，提高机器鱼的运动性能。
未来，我们将进一步优化设计，改进材料和驱动系统，使得仿生机器鱼能够在更复杂的水环境中实现更加灵活和高效的运动。
仿生机器鱼设计及应用
仿生机器鱼设计及应用程明玉 刘霆 杨芳 吴诗婷 袁文波(湖南文理学院 湖南常德 415000)摘要：目前，水资源勘探领域正处于快速发展阶段，随着水资源开发进程的加快，对水体的探测和分析成为一个制约水资源勘探领域快速发展重要因素。
近年来，水下机器人的出现，正成为水资源勘探的重要工具之一。
该系统以单片机为核心控制元件，选用有关参数的传感器进行数据采集，同时配备视觉图像传输与处理的功能，可以对水下的情况进行监测，同时对温度等水质参数进行监测，实现了水生物分布状况等情况的监测检查的目的。
关键词：海洋资源 仿生机器鱼 传感器 水质检测中图分类号：X84文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2023)14-0052-04 Design and Application of Biomimetic Robot FishCHENG Mingyu LIU Ting YANG Fang WU Shiting YUAN Wenbo(Hunan University of Arts and Science, Changde, Hunan Province, 415000 China)Abstract:At present, the field of water resource exploration is in a rapid development stage. With the acceleration of the process of water resource development, the detection and analysis of water bodies has become an important factor which limits the rapid development of the field of water resource exploration. In recent years, underwater robots have emerged, and they are becoming one of the important tools for water resource exploration. This system takes the single-chip microcomputer as the core control element, selects sensors with relevant parameters for data acquisition, and is also equipped with the function of the transmission and processing of visual images, which can monitor the situation underwater and also monitor water quality parameters such as temperature, and realizes the purpose of monitoring and checking the distribution of aquatic organisms and other conditions.Key Words: Marine resource; Biomimetic robot fish; Sensor; Water quality detection水是生命之源。
仿生机器鱼玩具的机构设计_仿真与实现
４ ） 设计结果：结构、运动、控制数据等。
３． 仿生机器鱼的运动仿真
图 ５（ａ）给出了一个基于鲹科鱼类设计的摆动 轮廓图。此设计方案中，关节数 ｎ＝４，摆动部占身 长比例 ｒ＝０．６，波长倍数 ０．６ ，各关节长度比例 为 １：０．９３：０．７６：０．６１，摆动的曲线方程为：ｙｂｏｄｙ＝ ［０．０５ｘ＋０．０９ｘ２］［ｓｉｎ（０．５ｘ）］，周期采样数 ｍ＝１８。 其仿真游动效果见图 ５（ｂ）。
成的包络区域的面积，ｍ 情况，存在等式约束与
不等式约束，我们选择混合罚函数法来进行参 数优化。
惩罚函数法通过构造惩罚函数把有约束优化 问题转换为无约束优化问题，采用坐标轮换等方 法实现对无约束优化问题的求解，实现对有约束 问题的参数优化。通过对关节结构尺寸的优化， 得到按照波动方程ｙｂｏｄｙ（ｘ，ｔ）进行游动的仿生机器 鱼的最优一组结构尺寸参数。
参数。 ３．５ 设计实现 鱼类身体的摆动大体按照式（１）所表示的波
动 方 程 进 行 摆 动 ，由 于 机 器 鱼 是 由 多 个 僵 硬 的 连 杆 铰 接 组 成 ，为 实 现 波 动 运 动 ，每 个 关 节 点 必 须 在 理 论 曲 线 上 。关 节 点 对 理 论 曲 线 的 匹 配 过程如图 ３。当前关节与前一关节的延长线在 连接处产生一个夹角，骨架的运动就是在驱 动电机带动下，通过改变夹角的值来产生运 动。
２． 仿生机器鱼的设计思想
仿生机器鱼运动控制算法设计及性能评估
仿生机器鱼运动控制算法设计及性能评估随着科技的不断发展，仿生机器鱼作为一种模拟真实鱼类行为的智能机器人得到了广泛的关注与研究。
仿生机器鱼具备了真实鱼类的机械结构和运动特征，能够在水中自由地游动、转向和操纵，具备了一定的灵活性和适应性。
在这篇文章中，我将着重探讨仿生机器鱼运动控制算法的设计和性能评估。
首先，我们需要考虑的是仿生机器鱼的运动控制算法的设计。
仿生机器鱼的运动控制算法需要模拟真实鱼类的运动方式，并具备自主的决策能力，以实现在水中灵活自如的运动。
为了实现这一目标，可以考虑以下几个关键因素：1. 运动模式选择：仿生机器鱼可以采用鱼类行为学中已有的运动模式，如直线游动、转向、盘旋等。
选择合适的运动模式可以使机器鱼更加适应不同的环境和任务需求。
2. 运动轨迹规划：仿生机器鱼需要通过计算和规划来确定运动轨迹，以实现预设的任务目标。
可以采用轨迹规划算法来生成运动轨迹，如最优路径规划、遗传算法等。
3. 运动控制策略：仿生机器鱼需要根据环境信息和任务目标来选择合适的运动控制策略，以实现良好的运动性能。
可以采用自适应控制、反馈控制等方法来实现运动控制策略。
4. 感知与感知处理：仿生机器鱼需要通过传感器来感知环境信息，并通过感知处理技术来提取和处理有效的信息。
可以采用视觉传感器、压力传感器等来感知水中的障碍物、水流等信息。
5. 控制器设计：仿生机器鱼的控制器设计需要考虑到运动特性、动力学模型和控制算法的综合因素。
可以采用模糊控制、神经网络控制等方法来设计控制器，以实现精确的运动控制。
在设计完成仿生机器鱼的运动控制算法之后，我们需要对其性能进行评估。
性能评估是评估算法的有效性和可行性的过程，可以通过以下几个方面进行评估：1. 运动准确性：评估仿生机器鱼的运动控制算法在执行各种任务时的准确性。
可以通过比较仿真结果和实际测试结果来评估运动的准确性。
2. 运动稳定性：评估仿生机器鱼在不同环境下的运动稳定性。
可以通过检测机器鱼的姿态、速度等参数来评估运动的稳定性。
仿生机器鱼的设计与控制方法研究
仿生机器鱼的设计与控制方法研究摘要：仿生机器鱼是一种模仿鱼类运动方式和外形结构的智能机器人。
它具有良好的机动性和适应性，可应用于水下探索、水环境监测和救援等领域。
本文对仿生机器鱼的设计与控制方法进行了研究，包括机器鱼的结构参数选择、运动模型建立和控制策略设计。
1. 引言随着工业技术的不断进步和人类对水下领域的不断探索，仿生机器鱼作为一种新型的智能机器人逐渐受到关注。
仿生机器鱼以其类似鱼类的流线型外形和灵活的运动方式，能够在水下环境中进行高效的工作，具有广阔的应用前景。
2. 仿生机器鱼的结构设计2.1 外形结构仿生机器鱼的外形结构应该模仿真实鱼类的形态，以获得更好的机动性和适应性。
在设计时需要考虑鱼类生物学特征，并结合目标任务进行适当的优化。
常见的仿生机器鱼结构包括鱼头、鱼身和鱼尾三个部分，并且通常采用模块化设计，以方便维修和升级。
2.2 材料选择仿生机器鱼的材料选择需要具备一定的强度和柔韧性，能够承受水下环境的压力和扭曲。
一般采用水下耐腐蚀的材料，并根据需要进行防水处理和密封设计。
3. 仿生机器鱼的运动模型仿生机器鱼的运动模型是对其运动原理进行数学建模，以实现运动控制和路径规划等功能。
模型建立的关键在于准确描述仿生机器鱼的运动机制，并考虑水流、水压和机器鱼的物理特性等因素。
4. 仿生机器鱼的控制方法4.1 基于自主学习的控制方法基于自主学习的控制方法利用机器学习算法，通过对仿生机器鱼进行训练和学习，提高其感知和决策能力。
这种方法可以实现适应性控制，使机器鱼能够在不同环境下自主调整运动策略。
4.2 基于反馈控制的控制方法基于反馈控制的方法通过传感器获取机器鱼的状态信息，并根据设定的控制策略进行调整。
这种方法需要建立准确的控制模型，并进行实时的状态反馈和控制计算。
5. 仿生机器鱼的应用领域仿生机器鱼可以应用于水下探索、水环境监测和救援等领域。
在水下探索中，仿生机器鱼可以携带传感器进行海底地质勘测和海洋生物观察；在水环境监测中，仿生机器鱼可以监测水质、测量水流速度等参数；在救援领域，仿生机器鱼可以进行水下搜救和救援行动，提高救援效率。
单关节尾鳍推进式仿生机器鱼的设计与研究_毕业设计论文
毕业设计(论文)单关节尾鳍推进式仿生机器鱼的设计与研究学院名称机械工程及自动化学院专业名称机械制造学生姓名指导教师北京航空航天大学本科生毕业设计（论文）任务书Ⅰ、毕业设计（论文）题目：单关节尾鳍推进式仿生机器鱼的设计与研究Ⅱ、毕业设计（论文）使用的原始资料（数据）及设计技术要求：单关节尾鳍推进式仿生机器鱼是由电机、舵机及其控制部分组成的机电一体化仿生设备。
1.功能指标：（1）完成前进、左右转弯和上浮下潜；（2）用遥控器控制，三档调速；（3）电池可充电。
2. 性能指标：（1）体积：300mm×100mm×150mm；（2）最大前进速度200mm/s；（3）最大下潜深度500mm；（4）续航能力2h；（5）转弯半径≤400mm。
Ⅲ、毕业设计（论文）工作内容：1、了解国内外仿生机器鱼的研究现状，完成调研报告。
2、进行市场调研，完成电机、电池、舵机、遥控器等部件的选型。
3、对机器鱼各功能单元进行划分和设计，完成机器鱼机械结构的三维建模。
4、完成需加工零件的二维图纸，并完成零部件加工。
5、零部件装配，调试及测试。
6、完成多种尾鳍外形、多种频率的驱动效率的实验研究。
Ⅳ、主要参考资料：[1]于凯.仿鱼推进的实验研究[J].华中科技大学学报,2007, 35(11):117-121.[2]刘军考,陈在礼.水下机器人新型仿鱼鳍推进器[J].机器人,2000,22(5):427-432 .[3]梁建宏.水下仿生机器鱼的研究进展I——鱼类推进机理[J].机器人ROBOT,2002,24(2):107-112.[4] 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[J].机器人ROBOT,2002,24(3):234-239.机械工程及自动化学院（系）机械制造专业类班学生毕业设计（论文）时间：2013 年3 月4日至2013 年6 月11 日答辩时间：年月日成绩：指导教师：兼职教师或答疑教师（并指出所负责部分）：系（教研室）主任（签字）：注：任务书应该附在已完成的毕业设计（论文）的首页。
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
仿生机器鱼设计概要
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。
仿生机器鱼
第八组：生技132沈彤彤
课题背景
仿生学基础
理论构架
实际成果
未来蓝图
仿生机器鱼
仿生机器鱼的研究意义
仿生机器鱼的分类 仿生机器鱼的发展趋势与展望
（1）驱动装置的优化 （2）运动机理的优化 （3）个体智能化发展 （4）群体仿生机器鱼的发展
仿生学基础
鱼类游动的物理原理
曲线方程：ybody(x,t)=(c1x+c2x2)sin(kx+wt)
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)
Thanks
摆动部分长度占身体总长的比例（R1）
摆动部位的简化关节数N 摆动部分各个关节之间的长度比l1:l2:l3……：lN 尾鳍形状 决定鱼体波的特征参数：
（1）鱼体波曲线方程ybody(x,t)=f(x,t) （2）身体各个部分的关节摆动幅度ybody你 （3）尾鳍的最大击水角
鱼类游动的运动学模型
单关节尾鳍推进式仿生机器鱼的设计与研究_毕业设计论文
毕业设计(论文)单关节尾鳍推进式仿生机器鱼的设计与研究学院名称机械工程及自动化学院专业名称机械制造学生姓名指导教师北京航空航天大学本科生毕业设计（论文）任务书Ⅰ、毕业设计（论文）题目：单关节尾鳍推进式仿生机器鱼的设计与研究Ⅱ、毕业设计（论文）使用的原始资料（数据）及设计技术要求：单关节尾鳍推进式仿生机器鱼是由电机、舵机及其控制部分组成的机电一体化仿生设备。
1.功能指标：（1）完成前进、左右转弯和上浮下潜；（2）用遥控器控制，三档调速；（3）电池可充电。
2. 性能指标：（1）体积：300mm×100mm×150mm；（2）最大前进速度200mm/s；（3）最大下潜深度500mm；（4）续航能力2h；（5）转弯半径≤400mm。
Ⅲ、毕业设计（论文）工作内容：1、了解国内外仿生机器鱼的研究现状，完成调研报告。
2、进行市场调研，完成电机、电池、舵机、遥控器等部件的选型。
3、对机器鱼各功能单元进行划分和设计，完成机器鱼机械结构的三维建模。
4、完成需加工零件的二维图纸，并完成零部件加工。
5、零部件装配，调试及测试。
6、完成多种尾鳍外形、多种频率的驱动效率的实验研究。
Ⅳ、主要参考资料：[1]于凯.仿鱼推进的实验研究[J].华中科技大学学报,2007, 35(11):117-121.[2]刘军考,陈在礼.水下机器人新型仿鱼鳍推进器[J].机器人,2000,22(5):427-432 .[3]梁建宏.水下仿生机器鱼的研究进展I——鱼类推进机理[J].机器人ROBOT,2002,24(2):107-112.[4] 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[J].机器人ROBOT,2002,24(3):234-239.机械工程及自动化学院（系）机械制造专业类班学生毕业设计（论文）时间：2013 年3 月4日至2013 年6 月11 日答辩时间：年月日成绩：指导教师：兼职教师或答疑教师（并指出所负责部分）：系（教研室）主任（签字）：注：任务书应该附在已完成的毕业设计（论文）的首页。
仿生机器鱼的设计与控制
仿生机器鱼的设计与控制第一章引言随着科技与工业的不断发展，生物仿生学逐渐成为了人们研究和开发的一个全新领域。
其中的仿生机器鱼是一种充满活力的智能机器人，它可以在水中像真正的鱼类一样自由自在的游动，成为了海洋工程、水下探测等领域的一种极具发展前景的智能装备。
本文将对仿生机器鱼的设计与控制进行深入研究。
第二章仿生机器鱼的设计2.1 仿生机器鱼的基本构造仿生机器鱼通常由几部分组成：尾鳍、背鳍、舵机、电池、控制板、水泵等。
其中，尾鳍是仿生机器鱼的关键部位，负责产生推进力，具有一定的弯曲和摆动能力。
背鳍是辅助产生稳定航行的结构，其摆动范围相对较小。
舵机主要用于控制尾鳍的运动，而控制板则负责接收指令并控制舵机、水泵等零部件的工作。
电池则为整个机器鱼提供能源。
2.2 仿生机器鱼材料的选择仿生机器鱼的材料选择对于其造型、机能以及寿命有着直接的影响。
欧洲研究人员曾使用电子芯片、橡胶及化学制品等材料制作出焊接的仿生鲟鱼，而美国的研究人员则在仿生鱼身上涂上柔软的电子皮肤，使其能够感受到水中的震动和水流的变化。
因此，正确选择材料将有利于提高仿生机器鱼的仿真度，从而增加其稳定性和寿命。
2.3 仿生机器鱼设计中的仿生原理仿生机器鱼的设计理论是以仿生学的生物学原理和机电工程学原理为基础的。
通过生物学原理对鱼类特点进行分析，如鱼类的外形结构、水下行动状态及其摆尾等，然后将这些特点结合机电工程学原理得出仿生机器鱼的设计方案。
第三章仿生机器鱼的控制3.1 仿生机器鱼的控制方法常见的仿生机器鱼控制方法有两种：一种是基于程序的控制，另一种是基于模拟神经网络的控制。
基于程序的控制是仿生机器鱼最基本的控制方式。
通过编写程序来实现仿生机器鱼的控制和运动。
而基于模拟神经网络的控制，则是采用类似于生物神经网络的结构来模拟仿生机器鱼的运动，以此来实现仿生机器鱼在水中的自主导航和智能控制。
3.2 仿生机器鱼控制的关键技术仿生机器鱼控制的关键技术包括控制算法、传感器、执行器、微型密码锁存器、模拟神经网络等。
一种新型仿生机器鱼的机构设计与执行(翻译)
一种新型仿生机器鱼的机构设计与执行(翻译)一种新型仿生机器鱼的机构设计与执行摘要引入了一种机器鱼的机构设计方法。
基于这种方法，设计一种带有胸鳍和尾鳍的自主三维运动机器鱼。
胸鳍是三自度机器，使得机器鱼能够通过控制两个胸鳍来实现偏航和纵向运动。
而尾鳍机构设计是基于拟合机器鱼波状与运动曲线。
向前的速度可以通过改变尾部机构摆动频率来实现。
最后给定机器鱼的物理执行机构和实验结果。
关键字：仿生，鱼体波形，机械，机器鱼，胸部，尾部0.介绍许多机器人概念的设计源于自然界，因为自然选择已使得生物对环境有很好的适应性。
一个典型的例子就是鱼推进机理的研究，这个研究可以提高水下航行器的性能。
不同于传统的螺旋桨推进的水下航行器，鱼依赖于鳍和尾部的运动来提供向前的推力。
对于真实鱼科学研究发现，这种推进方式能产生更高效率的推力并且产生的噪声很小。
受这种发现的激发，许多学者已经开始致力于研究机器鱼，以具有高速和操纵性良好的小型水下航行器的发展提供更多的线索。
先前有关机器鱼发展的努力工作可以追溯到1991年robotuna的triantafyliou等人的著作。
装有柔性尾部和上下摆动薄片的机构能够产生额外的流体动力以产生推力，robotuna得出了这种方式的许多优点，包括能源的节约和长任务持续时间。
在这个成功的例子之后，许多机器鱼被研究用于不同的目的。
为了证实鱼胸鳍的作用，kato在1995年制作了“黑鲈鱼”号，这条“鱼”配备了胸鳍状机构。
实验结果表明波状运动和一对胸鳍的引导共同决定了向前，向后，悬停和旋转运动。
在20XX年，Guo等人呈现了一种类似鱼的水下微型机器人的原型。
这种机器人有两个独立控制的尾鳍，一个体姿态调整器和一个浮力调整器。
为了认识三自度的游动，一种离子控制聚合体薄膜激励被利用来作为伺服激励。
在20XX年，koichi设计了一种机器鱼的原型。
它的体长大概600mm并且它带有三个铰链连接的尾部，这些铰链的运动是通过两个带有初始链接结构的补助马达间接变速装置来激励的。
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。
三自由度胸鳍仿生机器鱼设计及水动力学分析
三自由度胸鳍仿生机器鱼设计及水动力学分析三自由度胸鳍仿生机器鱼设计及水动力学分析摘要：本文介绍了一种新型的三自由度胸鳍仿生机器鱼的设计，并对其水动力学特性进行了分析。
该机器鱼根据真实的鱼类胸鳍结构设计，实现了三个自由度的运动，并通过电机传动实现了鱼鳍的摆动。
通过水中实验和数值模拟，对该机器鱼的游动性能进行了研究和评估。
实验结果表明，该机器鱼具有较好的游动稳定性和敏捷性，具备较强的水动力学适应性。
关键词：胸鳍仿生机器鱼、三自由度、水动力学分析、游动性能1. 引言鱼类的优美游动方式一直令人着迷，其独特的胸鳍结构是实现高效游动的关键。
仿生机器鱼的设计通过模仿鱼类的游泳机理，不仅可以应用于海洋探测、水下救援等领域，还可以加深对鱼类游动机理的理解。
胸鳍是鱼类游泳的重要组成部分，对机器鱼的水动力学特性具有重要影响。
因此，设计一种具有三自由度胸鳍的仿生机器鱼，并对其水动力学进行分析，对于提高机器鱼的游动性能具有重要意义。
2. 仿生机器鱼设计2.1 胸鳍结构设计根据真实鱼类的胸鳍结构，设计出一种具有三自由度运动的胸鳍结构。
胸鳍由三个部分组成：胸鳍基部、中部和末端。
胸鳍基部通过一根轴与机器鱼身体相连，可以实现展开和收拢两个自由度的运动。
中部和末端分别通过转动关节与胸鳍基部相连，可以实现上下和前后两个自由度的运动。
2.2 驱动装置设计胸鳍的摆动由电机传动实现。
在机器鱼身体内部设置电机和连杆机构，通过连杆使得胸鳍可以上下摆动。
电机的转速可调节，通过控制电机的转速和胸鳍的摆动幅度，实现不同的游动模式。
3. 水动力学分析为了评估该机器鱼的水动力学性能，进行了水中实验和数值模拟。
3.1 水中实验将该机器鱼放置在水槽内，通过控制电机的转速和胸鳍的摆动幅度，观察机器鱼的游动性能。
实验结果表明，该机器鱼在不同的转速下，可以实现较稳定的游动姿态，并具备较好的转向能力和敏捷性。
3.2 数值模拟通过CFD软件对该机器鱼的水动力学特性进行模拟。
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。
两栖仿生机器鱼的设计
产业科技创新 Industrial Technology Innovation50Vol.2 No.10产业科技创新 2020，2（10）：50~51Industrial Technology Innovation两栖仿生机器鱼的设计刘 娜，马宏兴，伍 平（天津农学院工程技术学院，天津 300384）摘要：两栖仿生机器鱼不仅有与鱼类相似的外形又有科技探测的装配，使其在水下工作具有独特的优势。
复杂的水陆环境的特点是毫无规则的和凹凸不平的，为了适应多样环境，研究的两栖仿生机器鱼行走机构，是由直流电机驱动其运转的，它的桨叶的每一叶片的顶部安装支撑脚，当其运转时，进行仿轮式运动，使其具有陆地爬行能力，由于其独特的行走结构，所以也具备一定的越障能力。
桨叶的设计在水中也能产生驱动力，大大增加两栖仿生机器鱼的工作能力，结构简单、操控方便作为设计目的，使两栖仿生机器鱼的运动不但可以实现水中游动，还可以实现上岸爬行。
关键词：两栖仿生机器鱼；运动学；动力学中图分类号：TP242 文献标志码：A 文章编号：2096-6164（2020）10-0050-02随着人们对资源和能源需求的不断增加，开发利用海洋已成为一种必然的发展趋势。
为了这种需求进一步的发展，研发水下机械设备成为最好的一项选择。
但是，大多数水下机器人都不具备陆地行动能力，而陆地机器人也不具备水下探索能力，因此设计一种具有两栖能力的水陆机器人是必要的。
研究各种类型仿生鱼具有很大的发展空间，基于已有的研究成果，提出了一种两栖机鱼的行走机构设计方案。
不仅可实现水中游动，还可以实现上岸爬行。
如果研发成功将为两栖仿生机器鱼研究领域提供一定的理论基础和设计理念，并扩展到其它相应的领域。
1 两栖机器鱼哈尔滨工程大学选择了河蟹作为研究对象，对其进行了十分详尽的观察和研究，研发出一种仿生螃蟹，它具有一对以行走的形态在平坦底面上进行左右横走、转弯的动作的四足，在密封防水方面，采取了整体包裹的防水密封方式。
仿生机器鱼智能控制系统的设计与实现
仿生机器鱼智能控制系统的设计与实现1. 前言仿生机器人是以生物学为模板的机器人，其目的是模拟生物的外形和生理功能，实现类似生物的运动和行为。
仿生机器鱼是模拟鱼类的形态和运动方式，通过机电一体化技术实现水中游动的机器人。
随着科技的不断发展，人们对于仿生机器鱼的需求也越来越高。
本文将围绕仿生机器鱼智能控制系统的设计和实现展开阐述。
2. 仿生机器鱼的运动模式仿生机器鱼的运动模式主要有两种：摆尾式运动和双背鳍式运动。
2.1. 摆尾式运动摆尾式运动是仿生机器鱼通过尾部摆动实现运动的方式。
仿生机器鱼的尾部采用类似鱼尾的结构，可以灵活地摆动，从而实现前进、转向和加速等运动。
同时，仿生机器鱼的身体也需要能够承受尾部运动带来的水流冲击力。
2.2. 双背鳍式运动双背鳍式运动是仿生机器鱼通过背鳍的摆动实现运动的方式。
仿生机器鱼的背鳍采用类似鱼的背鳍的结构，可以向左右两侧摆动，从而实现前进、转向和加速等运动。
与摆尾式运动相比，双背鳍式运动更加节能，但需要更加复杂的控制系统。
3. 仿生机器鱼智能控制系统的设计仿生机器鱼智能控制系统的设计需要考虑到仿生机器鱼的运动模式、传感器的选择和控制策略等因素。
下面将从这些方面进行详细阐述。
3.1. 运动模式的选择运动模式的选择应该根据仿生机器鱼的形态和应用场景来决定。
如果仿生机器鱼需要进行高速游动，双背鳍式运动是更为合适的选择；如果仿生机器鱼需要进行慢速游动，摆尾式运动可能更为合适。
3.2. 传感器的选择仿生机器鱼需要依赖传感器获取环境信息并进行控制。
常用的传感器包括加速度计、陀螺仪、压力传感器、水质传感器等。
根据仿生机器鱼的应用场景和控制需求，选择合适的传感器能够提高控制系统的精度和可靠性。
3.3. 控制策略的设计控制策略是仿生机器鱼智能控制系统的核心，它包括姿态控制、运动控制和导航控制等方面。
姿态控制是控制仿生机器鱼身体的方向和姿态，可以通过加速度计、陀螺仪和磁力计等传感器获取数据，实现精确的姿态控制。
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。
仿生机器鱼设计
研发景
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。
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。
Thanks
摆动部分长度占身体总长的比例（R1） 摆动部位的简化关节数N 摆动部分各个关节之间的长度比l1:l2:l3……：lN 尾鳍形状 决定鱼体波的特征参数： （1）鱼体波曲线方程ybody(x,t)=f(x,t) （2）身体各个部分的关节摆动幅度ybody你 （3）尾鳍的最大击水角
鱼类游动的运动学模型
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
鱼体运动学模型的简化
ybody(x,t)=(c1x+c2x2)sin(kx+2πi/M)
迭代逼近杆长系数 m 计算关节坐标对（xi,j,yi,j） 计算杆（lj）与鱼体主轴（x轴）的夹角γi，j 计算二维关节扭摆系数组Oscdata[M][N]
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
摆动部位的简化关节数N 摆动部分各个关节之间的长度比l1:l2:l3……：lN 尾鳍形状 决定鱼体波的特征参数：
（1）鱼体波曲线方程ybody(x,t)=f(x,t) （2）身体各个部分的关节摆动幅度ybody你 （3）尾鳍的最大击水角
鱼类游动的运动学模型
鱼类游动的运动学模型
研发背景
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。
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
鱼体运动学模型的简化
ybody(x,t)=(c1x+c2x2)sin(kx+2πi/M)
迭代逼近杆长系数 m 计算关节坐标对（xi,j,yi,j） 计算杆（lj）与鱼体主轴（x轴）的夹角γi，j 计算二维关节扭摆系数组Oscdata[M][N]
机器鱼硬件系统
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。
曲线方程：ybody(x,t)=(c1x+c2x2)sin(kx+wt)
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)
Thanks
鱼类游动的物理原理
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。
鱼类与游动有关的物理参数
鱼体的波曲线方程的改进
ybody(x,t)=[(c1x+c2x2)sin(k1+k2x)x+wt ]
机器鱼的机构参数优化
minf(X)=∑Si
机械结构示意图
机械结构示意图
机械结构介绍
机器鱼总体结构主要分为鱼头、鱼身、鱼尾三个 部分。
鱼头部分由控制电路板、电池、通讯模块、电源 开关和胸鳍构成，鱼头上预留了吹气孔、充电头 和天线 鱼身部分由三个摆动关节串联构成，每个关节均 由一个直流伺服电机驱动，模拟鱼体波曲线的运 动 鱼尾为新月型尾鳍
仿生机器鱼
第八组：生技132沈彤彤
课题背景
仿生学基础
理论构架 实际Biblioteka 果 未来蓝图仿生机器鱼
仿生机器鱼的研究意义
仿生机器鱼的分类 仿生机器鱼的发展趋势与展望
（1）驱动装置的优化 （2）运动机理的优化 （3）个体智能化发展 （4）群体仿生机器鱼的发展
仿生学基础
鱼类游动的物理原理