仿生机器鱼介绍

模型简图
机 械 设 计 课 程 设 计
• 直行 • 上升 • 下潜 • 左转 • 右转 • 加速 • 减速 • 悬停
基本运动
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
智能仿生机器鱼
• 装备多种传感器的智能仿生机器鱼系统
基于视觉的仿生机器鱼控制
美国MIT研制的机器鱼（1994，1995，1998）
美国东北大学机器鳗鱼
英国Essex大学G系列机器鱼
英国埃塞克斯大学机器鱼
瑞士技术学院BoxyBot机器鱼
日本运输省船舶技术研究所PF系列
仿生-Ⅱ 北航机器人研究所
哈尔滨工业大学
其他外形的机器鱼
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。
• 百度文库：
• 2013机器鱼.ppt • 智能机器鱼（机械设计课程设计）.docx
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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
Heriot-Watt大学
人工胸鳍黑鲈(Blackbass)
• 装备摄像头的仿生机器鱼
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://www.chinadaily.com.cn/hqzx/2012-05/24/content_15371785.htm）
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。
仿生机器鱼的总体设计思路
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）
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口标。
仿生机器鱼研究现状
国别
研究单位
研究内容
美
国 加拿大
日 本
MIT, M.Triantallou研究组 北亚利桑那州大学，生物系 Vasaar学院，生物力学实验室 加州大学动物系 Lafayette大学，数学系 康涅狄格大学 南加州大学 东北大学 渥太华大学 东海大学，Kato实验室 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)
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-700 UPF-2001, PPF-09
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。
工作。（http://diy.zol.com.cn/2004/1214/136250.shtml）
我们需要的仿生机器鱼需要具备哪 些功能
• 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
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
2004年8月，我国科学家曾使用“ＳＰＣ－ＩＩ”仿生机器鱼（北航机 器人研究所和中科院自动化研究所研制）对福建东山海域郑成功古战舰 遗址进行了水下考古探测试验。机器鱼对4000平方米的水域进行了摄像 考察，有关图像即时传送到水面指挥部。在两天的实验中，机器鱼累计 在水中工作约6小时。这是中国考古工作者首次利用机器人辅助水下考古
仿生机器鱼
卢士强 2014.3wenku.baidu.com20
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
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。
仿生机器鱼研究现状
研究单位 中国科技大学 华中理工大学 哈尔滨工程大学 哈尔滨工业大学 中科院沈阳自动化所 北航机器人所 中科院自动化所
研究内容 三维波动板理论(3DWPT) (80年代后期) 柔性尾鳍推进装置及鱼形机构(1994年) 仿生机器章鱼 仿鱼鳍推进机理 两关节仿生机器鱼 机器鳗鱼(1999年)、机器海豚(2001年) 鲹科类机器鱼设计、控制与协作研究(2001年)
涡流控制和减阴机制 鱼类游动行为
鱼类推进数学模型 鱼类推进数学模型 鱼类游动的结构和功能 游动和飞行的研究 鳗鲡目推进 电子鱼研究项目 胸鳍推进
驱动装置、机动性研究
仿生机器鱼研究现状
国别 美
国 比利时
英国 日
本
研究单位
研究内容
第一条机器鱼Robotuna(1994年)
Robotuna改进版Pike(1995年)