仿生机器鱼介绍

比利时 英国 日
Vrije大学 Heriot-Watt大学
名古屋大学
Takara公司 三菱重工
本
运输省，船舶技术研究所(SRI)
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
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)
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
仿生机器鱼研究现状
国 别 研究单位 MIT, M.Triantallou研究组 美 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 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 研究内容 涡流控制和减阴机制 鱼类游动行为
国
加拿大 日 本
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)
仿生机器鱼研究现状
国 别 研究单位 研究内容 第一条机器鱼Robotuna(1994年) Robotuna改进版Pike(1995年) Robotuna最高版VCUUV(1998年) 拍动翼研究 微电子机器鱼(应用SMA技术) 仿生驱动材料研究
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)
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
仿生机器鱼
卢士强 2014.3.20
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。 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。
• 百度文库：
• • 2013机器鱼.ppt 智能机器鱼（机械设计课程设计）.docx
谢谢！
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。
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
资料推荐
• 中国知网：
• • • • • • • • 仿生机器鱼技术研究进展及关键问题探讨_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_梁建宏 水下仿生机器鱼的研究进展IV_多仿生机器鱼协调控制研究_梁建宏 仿生机器鱼玩具的机构设计_仿真与实现_张志刚 仿生机器鱼研究的进展与分析_喻俊志 仿生机器鱼研究进展及发展趋势_王扬威 基于STM32的双摄像头图像采集自主避障机器鱼设计_杨旭琼 基于红外传感器的仿生机器鱼自主避障控制_桑海泉
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。 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）
模型简图
Leabharlann Baidu 械 设 计 课 程 设 计
基本运动
• • • • • • • • 直行 上升 下潜 左转 右转 加速 减速 悬停
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 工作。（http://diy.zol.com.cn/2004/1214/136250.shtml）
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
• 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）
美
MIT
中佛罗里达大学 德州农工大学 国
东北大学
波士顿大学 加州理工学院
仿生水下机器人项目(鳗鲡目推进)
机器鱼推进建模 鱼类推进的传感和控制 机器鱼智能体研究 人工胸鳍黑鲈(Blackbass) 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) 机器鱼，机器水母 机器鱼“Mitsubishi Animatronics” PF-300, PF-600, F-FPSE200, PF-700 UPF-2001, PPF-09