仿生魚(yú)機(jī)器人設(shè)計(jì)說(shuō)明書

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1、臺(tái)州黃巖區(qū)濱江公園建設(shè)工程 仿生魚(yú)機(jī)器人 設(shè)計(jì)說(shuō)明書 目錄 第一章緒論 .. 3 1.1 目的及意義 4 1.2 研究現(xiàn)狀 . 4 1.3 本文的主要工作 4第二章概述 ..5 2. 1 整體構(gòu)思 ..… .5 2. 2仿生依據(jù) 5 第三章機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .7 3.1機(jī)械設(shè)計(jì)思路及建模 ..7 3. 2創(chuàng)新點(diǎn) 8 3. 3零件明細(xì) 9 第四章仿真分析 ..10 第五章電路設(shè)計(jì) ..12 第六章控制系統(tǒng) ..13 第七章總結(jié) ..17 7.1 優(yōu)勢(shì)及創(chuàng)新點(diǎn) 7.2 主要關(guān)鍵技術(shù) .17 7.3 應(yīng)用前景與趨勢(shì) ..18 7.

2、4 不足與改進(jìn) …….18 頁(yè)腳內(nèi)容2 臺(tái)州黃巖區(qū)濱江公園建設(shè)工程 頁(yè)腳內(nèi)容9 仿生魚(yú)機(jī)器人設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第一章緒論 1.1 目的及意義 21世紀(jì)是海洋的世紀(jì)，占全球71%面積的海洋將是下一個(gè)世紀(jì)，也是未來(lái)人類賴以生存的資源海洋，對(duì)于 人類的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步將起到至關(guān)重要的作用。在民用上，海洋蘊(yùn)藏著豐富的礦物資源、海洋生物資源和能 源，是人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要財(cái)富。因此，對(duì)于海洋的開(kāi)發(fā)和爭(zhēng)奪成了很多發(fā)達(dá)國(guó)家的戰(zhàn)略重點(diǎn)，而且愈 演愈烈。在各種海洋技術(shù)中，作為用在一般潛水技術(shù)不可能到達(dá)的深度或區(qū)域進(jìn)行綜合考察和研究并能完成 多種作業(yè)使命的水下機(jī)器人使海洋開(kāi)發(fā)進(jìn)入

3、了新時(shí)代。隨之“藍(lán)色經(jīng)濟(jì)”越來(lái)越成為各沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的 “正能量”,大規(guī)模的開(kāi)發(fā)探測(cè)和利于海洋資源，已經(jīng)成為我們21世紀(jì)要面對(duì)和必須解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。另 外，軍事方面對(duì)其需求也日益增加，為了適應(yīng)這種需求，研 究和開(kāi)發(fā)潛水器和水下機(jī)器人成為了 極佳的選擇。魚(yú)類經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的自然選擇，具備非凡的游動(dòng)能力，近年 來(lái)隨著仿生技術(shù)的進(jìn)步，人類紛紛模 仿自然界中魚(yú)類的運(yùn)動(dòng) 方式和運(yùn)動(dòng)器官，即各種各樣的水下機(jī)器人。世界上第一臺(tái)水下機(jī)器人" Poodle ”誕 生于1953年。近20年來(lái)，水下機(jī)器人有了很大的發(fā)展，它們既可軍用又可民用。到目前為止，全世界大 約 共建造了 6000多臺(tái)各種各樣的水下機(jī)器。水下機(jī)器

4、人有廣泛的應(yīng)用空間，民用和軍用均可，不僅可以代替 潛水員在深水長(zhǎng)時(shí)間工作，降低工作風(fēng)險(xiǎn)，提高工作效率，而且還可以檢測(cè)水污染狀況，監(jiān)測(cè)魚(yú)類生長(zhǎng)狀 況，探測(cè)海底 火山活動(dòng)狀況；在軍事方面，可以用于跟蹤敵人的船艦和潛 艇，捕獲地方軍事信息，也可以降 低敵人對(duì)我軍的探測(cè)幾率，甚至可以攜帶炸藥至敵人軍艦處，炸毀敵方艦艇的動(dòng)力系統(tǒng)，摧毀敵方艦隊(duì)。此 外，仿魚(yú)形水下機(jī)器人還可以應(yīng)用于海洋動(dòng)物園。仿魚(yú)形水下機(jī)器人是一種集機(jī)械、智能控制與一體的高科技 設(shè)備，在民用、軍事、科學(xué)研究等領(lǐng)域體現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景和巨大的潛在價(jià)值。 1.2 研究現(xiàn)狀 目前仿生機(jī)器魚(yú)的驅(qū)動(dòng)方式以傳統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式為主，由于其易于控制

5、、驅(qū)動(dòng)力大等特點(diǎn)，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)了 較好的游動(dòng)性能。  目前國(guó)內(nèi)外的仿魚(yú)形機(jī)器人的發(fā)展以各高校及科研機(jī)構(gòu)為主，已取得豐富的成果。但目前國(guó)內(nèi)和國(guó)外研 究 相比系統(tǒng)性和基礎(chǔ)性較弱。 1.3 本文的主要工作 本文主要介紹本學(xué)期小組設(shè)計(jì)的一個(gè)基于舵機(jī)控制的仿生機(jī)器魚(yú)，將從仿生依據(jù)、工作原理、運(yùn)動(dòng)特 性、 控制特點(diǎn)等方面詳細(xì)說(shuō)明小組工作成果。 第二章概述 1.1 整體構(gòu)思 Arduino UNO R3控制三個(gè)舵機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn), 其具體機(jī)械結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)特性以及控制系統(tǒng), 本小組設(shè)計(jì)的是一個(gè)基于舵機(jī)控制的仿生機(jī)器魚(yú)，將采用 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)仿生魚(yú)在水中的直行、轉(zhuǎn)彎、速度控制、避障等功能。 上內(nèi)容將

6、在下文詳細(xì)說(shuō)明。 2. 2仿生依據(jù) 魚(yú)類行為學(xué)者的研究表明，大多數(shù)魚(yú)類把身體當(dāng)作推進(jìn)器，身體左右擺動(dòng)擊水，利用其產(chǎn)生的反作用力使 魚(yú)體向前推進(jìn)，基于這種推進(jìn)原理，學(xué)者們提出了所謂的“波動(dòng)推進(jìn)理論口］ ”的魚(yú)類游動(dòng)機(jī)理，該理論主 要以魚(yú)的脊椎曲線為研究對(duì)象，魚(yú)體之所以能夠前進(jìn)，是因?yàn)榧棺登€帶動(dòng)它所包絡(luò)的流體向后噴出，產(chǎn)生 推力使魚(yú)向前，其游姿可以近似為正弦波。 設(shè)脊椎曲線包絡(luò)的工作質(zhì)質(zhì)量為M1,軀體對(duì)地速度為VB,人是波長(zhǎng)，f為擺動(dòng)頻率，工作質(zhì)對(duì)地速 度 為VW,由于魚(yú)體在水中的阻力與速度呈遞增關(guān)系，故在啟動(dòng)瞬 間，魚(yú)體受到的阻力可以忽略不計(jì)，因此 根據(jù)動(dòng)量守恒定理有公式： M1 X

7、 VW=M X 0 VB (1) 通過(guò)動(dòng)量守恒推出魚(yú)類推進(jìn)公式：VB二Yf入 Y是一個(gè)小于1的系數(shù)，它表征了魚(yú)類的幾何特征、體重對(duì)速度的影響，稱之為動(dòng)力特征系數(shù)，波動(dòng)推 進(jìn)假設(shè)是建立在對(duì)脊椎曲線包絡(luò)的水的質(zhì)量積分和動(dòng)量定理之上。魚(yú)游動(dòng)時(shí)使流體產(chǎn)生了分離，并且以漩渦的 方式拋出尾部，漩渦的拋出速度和擺動(dòng)頻率一致，在一個(gè)周期內(nèi)，尾部產(chǎn)生一對(duì)旋向相反的漩渦，推動(dòng)魚(yú) 前 進(jìn)。 在對(duì)資料進(jìn)行充分的研讀和總結(jié)后，我們發(fā)現(xiàn)魚(yú)類運(yùn)動(dòng)主要有以下幾種方式： 由此根據(jù)波動(dòng)推進(jìn)理論，利用舵機(jī)設(shè)計(jì)一種三關(guān)節(jié)仿生魚(yú)，以實(shí)現(xiàn)仿生魚(yú)的前進(jìn)和自由轉(zhuǎn)向 對(duì)于魚(yú)的運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)，主要靠其優(yōu)越的體型和

8、魚(yú)鰭來(lái)進(jìn)行推動(dòng)和靈活的運(yùn)動(dòng)。 對(duì)于各魚(yú)鰭的作用，我們作了以下的總 背鰭：用來(lái)保持魚(yú)身體側(cè)立，控制平衡。 尾鰭：用來(lái)推進(jìn)與控制方向。胸鰭：用來(lái)推進(jìn)、控制、平衡、剎車腹鰭：用來(lái)維持平衡，輔助升降臀 鰭: 用來(lái)輔助控制平衡 目前一般用于機(jī)器魚(yú)外形設(shè)計(jì)的仿生對(duì)象有金槍 魚(yú)、梭子魚(yú)、鯉魚(yú)、鰻魚(yú)。這幾種魚(yú)或者具有極高的 游動(dòng)速度，或者具有優(yōu)異的機(jī)動(dòng)性能，或者具有絕佳的游動(dòng)效率，它們都符合“波動(dòng)推進(jìn)理論”的運(yùn)動(dòng)模式， 因而成為仿生魚(yú)模仿的典范。這些魚(yú)類的外形呈現(xiàn)為流線形，不僅從魚(yú)頭到魚(yú)尾的水流運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，而且水動(dòng)力 學(xué)阻力也很小，顯示出這類外形具有良好的水動(dòng)學(xué)性能。因而，這類流

9、線形魚(yú)體成為機(jī)器魚(yú)外形設(shè)計(jì)的最佳選擇。 明確了生物各部分的功能作用以后，我們對(duì)仿生機(jī)器魚(yú)的總體結(jié)構(gòu)有了初步的構(gòu)想，決定利用曲柄轉(zhuǎn)動(dòng) 導(dǎo) 桿機(jī)構(gòu)來(lái)用一個(gè)舵機(jī)控制魚(yú)的尾鰭運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)魚(yú)的身體呈現(xiàn)三個(gè)關(guān)節(jié)，增強(qiáng)其靈活性，同時(shí)用兩個(gè)舵 機(jī)分別控制一個(gè)胸鰭，以控制其轉(zhuǎn)向和速度。 第三章機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1 機(jī)械設(shè)計(jì)思路及建模 在初步設(shè)想的基礎(chǔ)上，我們對(duì)仿魚(yú)機(jī)器人的內(nèi)部架構(gòu)進(jìn)行了實(shí)體建模。從實(shí)體模型中可以看出，我們的方 案在多個(gè)方面和確定課題時(shí)相比發(fā)生了較大的改動(dòng)。 在整體框架方面，身體前部與尾部的連接由弧形框架連接變成了金屬桿的連接，更加貼近魚(yú)的真實(shí)結(jié)構(gòu), 也方便控制的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)

10、，在經(jīng)過(guò)研究討論之后，改變使用帶傳動(dòng)進(jìn)行推進(jìn)的想法，利用曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)來(lái) 用一個(gè)舵機(jī)控制魚(yú)的尾鰭運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)魚(yú)的身體呈現(xiàn)三個(gè)關(guān)節(jié)，在可擺動(dòng)部分可以兩個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)不同， 從而增強(qiáng)其靈活性。 在胸鰭方面，我們將胸鰭作為方向控制、深度控制的主要零件。通過(guò)Arduino控制板控制舵機(jī)的運(yùn)動(dòng)角 度，帶動(dòng)有一定傾角的胸鰭按指定速度扇動(dòng)，通過(guò)兩胸鰭速度差異，來(lái)控制仿魚(yú)形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向。同時(shí)在 其頭部安裝超聲波測(cè)矩裝置，給出理想的深度，在測(cè)出離水底的矩離后自主判斷，控制舵機(jī)運(yùn)動(dòng)，帶運(yùn)動(dòng) 胸鰭 改變機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)從而接近給定深度。 在外部包裝方面，我們將使用三元乙丙橡膠材料進(jìn)行密封，貼合此內(nèi)

11、部框架進(jìn)行裝配。將外側(cè)密封橡膠粘 在環(huán)形原板上，前后兩塊用螺絲固定在魚(yú)中間的板上，中間加密封墊圈，對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及電子器件進(jìn)行保護(hù)和可 靠的防水，同時(shí)為整個(gè)機(jī)器人提供流線型結(jié)構(gòu)利于運(yùn)動(dòng)。 2.2 創(chuàng)新點(diǎn) 使用一個(gè)舵機(jī)控制兩個(gè)魚(yú)尾關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，利用曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，用直徑 6mm的不銹鋼長(zhǎng)桿進(jìn)行連接， 減少框架的使用，也能夠?qū)⒍鏅C(jī)數(shù)量減少。在增加靈活性的同時(shí)，減輕重量。 改變大多數(shù)已有產(chǎn)品使用背鰭進(jìn)行轉(zhuǎn)向控制的思路，利用兩個(gè)分別舵機(jī)控制的胸鰭來(lái)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，使魚(yú) 形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，避免出現(xiàn)翻身、直立等非正常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 3. 3零件明細(xì) 第四章仿真分析 在明確了仿魚(yú)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式和機(jī)械結(jié)構(gòu)

12、后，我們對(duì)其關(guān)鍵零件進(jìn)行了必要的強(qiáng)度校核仿真。通過(guò)分 析，我們知道，由于整體推動(dòng)是通過(guò)尾部的擺動(dòng)提供動(dòng)力，因此尾部的材料強(qiáng)度非常重要，需要其在有力擺的 同時(shí)不會(huì)發(fā)生大的變形或斷裂。因此，我們將魚(yú)的尾部模擬成1平方分米的方形板，設(shè)其運(yùn)動(dòng)的平均速度為 0. 3m/s ,尾部的材料為PBT塑料，通過(guò)軟件對(duì)其壓強(qiáng)和受力進(jìn)行仿真分析，各項(xiàng)參數(shù)如下： Cd=Fd/(p*u"2A/2) Cd =2; p 二 Fd/A = Cd*p*/2/2=90N/nT2 Cd阻力系數(shù) A平板面積 P水的密度 u移動(dòng)速度 PBT塑料 安全系數(shù)：1.5 可見(jiàn)其在可承受范圍內(nèi)，并仍有較大裕量。 由

13、于我們?cè)O(shè)計(jì)的獨(dú)特性，是由一根金屬桿作為連接件，中間以曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)相連接，以達(dá)到使用一個(gè) 舵機(jī)控制實(shí)現(xiàn)兩個(gè)關(guān)節(jié)在水中協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的目的。因此對(duì)這根長(zhǎng)桿進(jìn)行必要的強(qiáng)度校核仿真分析。定其材料 為不 銹鋼，長(zhǎng)度為0.3米，通過(guò)舵機(jī)輸出的最大力在此處產(chǎn)生的作用參數(shù)及結(jié)果如下： 不銹鋼 R=0. 3m 臺(tái)州黃巖區(qū)濱江公園建設(shè)工程 F=AP=O. 01*90=0. 9N T二RF二0. 27Nm 通過(guò)仿真分析可得出結(jié)論，所受載荷均在屈服范圍之內(nèi)，滿足要求 第五章電路設(shè)計(jì) 在以上機(jī)械結(jié)構(gòu)確定的基礎(chǔ)上，基于電路中的核心部分Arduino UNO R3控制板和三個(gè)舵機(jī)，進(jìn)行了電路 設(shè)計(jì)

14、。電路截圖如下： 頁(yè)腳內(nèi)容 X a 如圖可見(jiàn)，電路圖上方為三個(gè)舵機(jī)，正文為Arduino控制板。舵機(jī)的電源正極線與Arduino控制板的電 ■ 源相連共同接高電平，地線如是。其中Arduino控制板的9, 10, 11號(hào)接口分別連接三個(gè)舵機(jī)的信號(hào)線，控 制電機(jī)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)角；12, 13號(hào)接口接出，連接超聲傳感器測(cè)距裝置，測(cè)得深度與預(yù)期深度對(duì)比實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控 制。 第六章控制系統(tǒng) 本仿魚(yú)形機(jī)器人的控制系統(tǒng)主要由 Arduino控制板、舵機(jī)、超聲波傳感系統(tǒng)構(gòu)成。輸入期望的深度和運(yùn) 動(dòng)姿態(tài)，由超聲波傳感設(shè)備進(jìn)行測(cè)量和反饋，從而進(jìn)行誤差調(diào)節(jié)，接近 預(yù)期設(shè)定姿態(tài)

15、 控制代碼： # i ncIude # i ncIude # i ncIude Servo Ieftservo; Servo r i ghtservo; 弧度轉(zhuǎn)速 魚(yú)體離水底距 離 Servo behindservo; // int depth; // i nt exceptdepth; // fI oat RKP=

16、160; float RKin.6; float RKD=0.05; float RconsO=RKP+RKI+RKD; float Rcons1=-RKP-2*RKD; float Rcons2=RKD; // float LKP=160; float LKI=1.6; float LKD=0. 05; float LconsO=LKP+LKI+LKD; float Lcons1=-LKP-2*LKD; float Lcons2=LKD; // float Rerror; float Rerror_1=0; float Rerror_2=0; float

17、Lerror; float Lerror_1=0; float Lerror_2=0; // float Ru; float Ru_1=0; float deltaRu; float Lu; float Lu_1=0; float de ItaLu; // int inputPin=13; i nt outputPi 0=12; // int i; 右輪PID參 數(shù) 左輪PID參 數(shù) 左右輪的e二期待-反饋_n表示n 階 左右舵機(jī)u有關(guān)的參 數(shù) 超聲波測(cè)距輸入輸出 □ int angle I;

18、 mt angler; 左右鰭煽動(dòng)角 度 void setup () I Ser i a I. beg i n (9600); I eftservo. attach (9); r i ghtservo. attach (10); beh

19、i ndservo. attach (11); pi nMode (inputPi n, INPUT); p i nMode(outputPi n, OUTPUT); 測(cè)量魚(yú)體與水底距離 i nt depthmeasure 0 // digitalWrite (outputPin, HIGH); Ser i a I.pr i nt In(outputPi n); de I ay (20); digitalWrite (outputPin,LOW); Ser iaI.pr i nt In(outputPin); de I ay (20); I void Ioop() I

20、eftservo. wr i te (0); r i ghtservo. wr i te (0); beh i ndservo. wr i te(0); depth=depthmeasure () / 測(cè)深度 ； / Rerror=exceptdepth-depth; Lerror=exceptdepth-depth; de ItaRu=RconsO*Rer ror+Rcons1*Rer ror_1+Rcons2*Rer ror_2; de ItaLu=LconsO*Lerror+Lcons1*Lerror 1+Lcons2*Lerror 2; WB “ Ru=Ru_1+de

21、ItaRu; Lu=Lu_1+deltaLu; angleI=int (Lu); angler=int(Ru); Rerror 2=Rerror 1; Rerror_1=Rerror; Ru_1=Ru; Lerror 2=Lerror 1; Lerror_1=Lerror; Lu_1=Lu; I eftservo. wr i te (ang lei); r i ghtservo. wr i te (ang I er); beh i ndservo. wr i te (180); 第七章總結(jié) 7.1 優(yōu)勢(shì)及創(chuàng)新點(diǎn) 小組在完成機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了實(shí)體建模、仿真分

22、析、電路設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并且完成了 初步的運(yùn)動(dòng)、裝配演示，形成了一個(gè)相對(duì)完整的仿生魚(yú)機(jī)器人的設(shè)計(jì)過(guò)程。本機(jī)器人有以下創(chuàng)新點(diǎn)： 1. 機(jī)械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新。在以往已有的機(jī)器人的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。在增加靈活度、減小負(fù) 載、節(jié)省能源等方面有了新的想法和設(shè)計(jì)成果，并在仿真中得以論證合理。 2. 控制系統(tǒng)的創(chuàng)新。使用Arduino控制板對(duì)三個(gè)舵機(jī)進(jìn)行精準(zhǔn)控制，并引入反饋環(huán)節(jié)，對(duì)仿生魚(yú)的深 度、姿態(tài)進(jìn)行判斷和調(diào)節(jié)。 3. 姿態(tài)及方向控制的創(chuàng)新。改變大多數(shù)已有產(chǎn)品使用背鰭進(jìn)行轉(zhuǎn)向控制的思路，利用兩個(gè)分別舵機(jī)控 制的胸鰭來(lái)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，使魚(yú)形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，避免出現(xiàn)翻身、直立等非正常運(yùn)

23、動(dòng)狀態(tài)。 7. 2主要關(guān)鍵技術(shù) 1 .水下仿魚(yú)機(jī)器人總體技術(shù)。針對(duì)仿魚(yú)機(jī)器人的性能指標(biāo)和使用模式，需重點(diǎn)解決機(jī)器人的仿生流體動(dòng) 力構(gòu)型、仿胸鰭或尾鰭推進(jìn)多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)模式等。綜合考慮升阻比、游動(dòng)的機(jī)動(dòng)性和穩(wěn)定性、動(dòng)力系 統(tǒng)、探測(cè)通信系統(tǒng)安裝約束等多方面影響因素，提出設(shè)計(jì)原理和依據(jù)，有必要系統(tǒng)解決水下仿生構(gòu) 型。 2 .仿魚(yú)推進(jìn)建模及控制技術(shù)。由于仿魚(yú)推進(jìn)具有多關(guān)節(jié)柔性運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，表面會(huì)隨著身體的擺動(dòng)發(fā)生柔 性變形，運(yùn)動(dòng)特性與剛體運(yùn)動(dòng)有著明顯的差別，運(yùn)動(dòng)特性較復(fù)雜。同時(shí)，仿魚(yú)推進(jìn)模式壓根根據(jù)仿生 學(xué)的原理，模擬生物的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)推進(jìn)、姿態(tài)控制以及機(jī)動(dòng)航行等。由于它是柔性的，運(yùn)動(dòng)特性 復(fù)雜，動(dòng)

24、力學(xué)精確構(gòu)建模型比較困難，所以需考慮采用先進(jìn)的控制方法結(jié)合仿生學(xué)的控制理論，從而 滿足仿生游動(dòng)的控制奢求。 3 .仿魚(yú)高效游動(dòng)往復(fù)拍支系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)。仿魚(yú)推進(jìn)機(jī)構(gòu)的效率和靈活性取決于關(guān)節(jié)數(shù)量、長(zhǎng)度比例的配 置，如何合理的配置關(guān)節(jié)參數(shù)是一大重點(diǎn)。同時(shí)怎樣結(jié)合仿生拍動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)建立集參數(shù)化建模、多 學(xué)科聯(lián)合仿真分析、循環(huán)優(yōu)化等技術(shù)的一體化設(shè)計(jì)仿真平臺(tái)，提高設(shè)計(jì)效率也是該技術(shù)的一大難點(diǎn)。 7.3 應(yīng)用前景與趨勢(shì) 由于水下仿生魚(yú)機(jī)器人在推進(jìn)模式、外形結(jié)構(gòu)方面所具有的特殊性能，將在軍事也民用方面有廣闊的應(yīng)用 前景。而為了實(shí)現(xiàn)“源于生物，高于生物”的仿生學(xué)目標(biāo)，仿生魚(yú)機(jī)器人的研究壓根深入開(kāi)展跨學(xué)科、多

25、領(lǐng)域 的仿生學(xué)研究。其應(yīng)用前景及趨勢(shì)有以下幾方面： 1. 不斷完善仿生魚(yú)的運(yùn)動(dòng)機(jī)理。隨著研究的深入和驅(qū)動(dòng)裝置的不斷優(yōu)化，未來(lái)的仿魚(yú)機(jī)器人將會(huì)具有 大潛深，效率更高，運(yùn)動(dòng)更靈活，性能和真正的魚(yú)更相近。 2. 向智能化發(fā)展。隨著人工智能、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多種學(xué)科的進(jìn)一步發(fā)展，仿生魚(yú)機(jī)器人將 具備信息交互、環(huán)境感知等能力，在緊急情況下可實(shí)現(xiàn)自我保護(hù)，完成更復(fù)雜的任務(wù)。 3. 向群體化發(fā)展。單個(gè)仿生魚(yú)機(jī)器人的活動(dòng)范圍和能力有限，研究出具有高機(jī)動(dòng)性、高靈活性、高效 率、高協(xié)作性的群體化仿生魚(yú)機(jī)器人，將在復(fù)雜環(huán)境下進(jìn)行水下作業(yè)、海洋監(jiān)測(cè)、海洋生物觀察和 軍事偵察能艱巨的工作。 7.4 不足與改進(jìn) 在設(shè)計(jì)過(guò)程中本仿生魚(yú)機(jī)器人還存在一些不足。如功能還不夠完善，在后期還需加入對(duì)前進(jìn)速度的精準(zhǔn)控 制以及對(duì)轉(zhuǎn)彎角度的調(diào)節(jié)。同時(shí)目前此設(shè)計(jì)功能較為單一，只實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的基本功能。而這一設(shè)備在應(yīng)用中可搭 載水下攝像機(jī)、小型水下武器等，還有待進(jìn)一步的研發(fā)和改進(jìn)。