仿生機(jī)器魚介紹（課堂PPT）

1、仿生機(jī)器魚 盧士強(qiáng)2014.3.2012內(nèi)容提綱 仿生機(jī)器魚研究意義 仿生機(jī)器魚研究現(xiàn)狀 仿生機(jī)器魚魚模型和推進(jìn)機(jī)理 應(yīng)用實(shí)例 基本要求 模型獲得途徑 資料推薦22022-3-11 研究意義研究意義 海洋中蘊(yùn)藏著豐富的生物資源和礦產(chǎn)資源。人類開發(fā)海洋和利用海洋的腳步，隨著科技的發(fā)展逐漸加快。 具有海洋勘測(cè)、海底探查、海洋救撈、海底管道檢測(cè)、以及水下偵查和跟蹤功能的水下機(jī)器人，已成為探索海洋、開發(fā)海洋和海洋防衛(wèi)的重要工具。 采用傳統(tǒng)螺旋槳推進(jìn)器的水下機(jī)器人，在螺旋槳旋轉(zhuǎn)推進(jìn)過程中會(huì)產(chǎn)生側(cè)向的渦流，增加能量消耗、降低推進(jìn)效率，且有噪聲。 海洋生物中的魚類，種類繁多、形態(tài)各異，經(jīng)過億萬年的進(jìn)化，使其

2、具有了非凡的游動(dòng)能力。魚類通過身體運(yùn)動(dòng)推動(dòng)周圍的水，以此來獲得推進(jìn)力，對(duì)于渦流的精確控制使得魚類游動(dòng)推進(jìn)效率高、機(jī)動(dòng)性好。模仿魚類的游動(dòng)推進(jìn)模式，研制出高效低噪、靈活機(jī)動(dòng)的仿生機(jī)器魚，用以進(jìn)行水下復(fù)雜環(huán)境作業(yè)，已經(jīng)成為研究人員追求的口標(biāo)。 32022-3-11仿生機(jī)器魚研究現(xiàn)狀國(guó)國(guó) 別別 研研 究究 單單 位位研研 究究 內(nèi)內(nèi) 容容美國(guó)MIT, M.Triantallou研究組渦流控制和減陰機(jī)制北亞利桑那州大學(xué)，生物系魚類游動(dòng)行為Vasaar學(xué)院，生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)室加州大學(xué)動(dòng)物系魚類推進(jìn)數(shù)學(xué)模型Lafayette大學(xué)，數(shù)學(xué)系魚類推進(jìn)數(shù)學(xué)模型康涅狄格大學(xué)魚類游動(dòng)的結(jié)構(gòu)和功能南加州大學(xué)游動(dòng)和飛行的研究

3、東北大學(xué)鰻鱺目推進(jìn)加拿大渥太華大學(xué)電子魚研究項(xiàng)目日本東海大學(xué)，Kato實(shí)驗(yàn)室胸鰭推進(jìn)東京工學(xué)院地，機(jī)械動(dòng)力和控制實(shí)驗(yàn)室運(yùn)輸省，船舶技術(shù)研究所(SRI)驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)動(dòng)性研究42022-3-11仿生機(jī)器魚研究現(xiàn)狀國(guó)國(guó) 別別 研研 究究 單單 位位研研 究究 內(nèi)內(nèi) 容容美國(guó)MIT第一條機(jī)器魚Robotuna(1994年)Robotuna改進(jìn)版Pike(1995年)Robotuna最高版VCUUV(1998年)拍動(dòng)翼研究中佛羅里達(dá)大學(xué)微電子機(jī)器魚(應(yīng)用SMA技術(shù))德州農(nóng)工大學(xué)仿生驅(qū)動(dòng)材料研究東北大學(xué)仿生水下機(jī)器人項(xiàng)目(鰻鱺目推進(jìn))波士頓大學(xué)機(jī)器魚推進(jìn)建模加州理工學(xué)院魚類推進(jìn)的傳感和控制比利時(shí)Vrije

4、大學(xué)機(jī)器魚智能體研究英國(guó)Heriot-Watt大學(xué)人工胸鰭黑鱸(Blackbass)日本名古屋大學(xué)微型水下仿胸鰭模式浮游機(jī)器人(PZT)微型身體波動(dòng)式水下推進(jìn)器(SMA)Takara公司機(jī)器魚，機(jī)器水母三菱重工機(jī)器魚“Mitsubishi Animatronics”運(yùn)輸省，船舶技術(shù)研究所(SRI)PF-300, PF-600, F-FPSE200, PF-700UPF-2001, PPF-0952022-3-11仿生機(jī)器魚研究現(xiàn)狀 研研 究究 單單 位位研研 究究 內(nèi)內(nèi) 容容中國(guó)科技大學(xué)三維波動(dòng)板理論(3DWPT) (80年代后期)華中理工大學(xué)柔性尾鰭推進(jìn)裝置及魚形機(jī)構(gòu)(1994年)哈爾濱工程

5、大學(xué)仿生機(jī)器章魚哈爾濱工業(yè)大學(xué)仿魚鰭推進(jìn)機(jī)理中科院沈陽自動(dòng)化所兩關(guān)節(jié)仿生機(jī)器魚北航機(jī)器人所機(jī)器鰻魚(1999年)、機(jī)器海豚(2001年)中科院自動(dòng)化所鲹科類機(jī)器魚設(shè)計(jì)、控制與協(xié)作研究(2001年)62022-3-11美國(guó)MIT研制的機(jī)器魚（1994，1995，1998）72022-3-11美國(guó)東北大學(xué)機(jī)器鰻魚82022-3-11英國(guó)Essex大學(xué)G系列機(jī)器魚92022-3-11英國(guó)埃塞克斯大學(xué)機(jī)器魚102022-3-11瑞士技術(shù)學(xué)院BoxyBot機(jī)器魚112022-3-11日本運(yùn)輸省船舶技術(shù)研究所PF系列122022-3-11仿生-北航機(jī)器人研究所132022-3-11哈爾濱工業(yè)大學(xué)14202

6、2-3-11其他外形的機(jī)器魚152022-3-11有待完善的方面 隨著機(jī)電一體化技術(shù)、訓(xùn)一算機(jī)技術(shù)、流體力學(xué)和仿生學(xué)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，研究人員研制出了多種仿生機(jī)器魚?，F(xiàn)有的機(jī)器魚已經(jīng)可以模仿魚類的多種運(yùn)動(dòng)模式。但是，現(xiàn)有的仿生機(jī)器魚還難以滿足實(shí)用性的要求。仿生機(jī)器魚難以實(shí)現(xiàn)完全柔性的推進(jìn)運(yùn)動(dòng)，推進(jìn)效率難以與魚類媲關(guān)，機(jī)動(dòng)性和穩(wěn)定性還存在不足，操縱性、智能控制、通訊等問題還有待解決。162022-3-11仿生機(jī)器魚是通過模仿魚類的游動(dòng)方式來實(shí)現(xiàn)推進(jìn)的，其分類可以依據(jù)魚類游動(dòng)分類方式進(jìn)行劃分。根據(jù)魚類游動(dòng)使用的身體部位不同可以將魚類游動(dòng)分為身體和尾鰭推進(jìn)(BCF)模式、中鰭和對(duì)鰭推進(jìn)( MPF)模

7、式。BCF模式：通過波動(dòng)身體的某部分和尾鰭，形成向后的推進(jìn)波，大多數(shù)魚類，都采用這種推進(jìn)方式。該模式可實(shí)現(xiàn)連續(xù)、快速、高效率的游動(dòng)。M PF模式：多數(shù)魚類的背鰭、臀鰭、胸鰭和腹鰭只用于輔助推進(jìn)、調(diào)整姿態(tài)，但是，占魚類總數(shù)約15%的魚類卻以這些鰭作為主要推進(jìn)部件。該模式游動(dòng)速度慢，但穩(wěn)定性好、機(jī)動(dòng)性高。172022-3-11仿生機(jī)器魚的總體設(shè)計(jì)思路182022-3-11實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ突緲?gòu)成 控制系統(tǒng)（包括電池） 執(zhí)行機(jī)構(gòu)（伺服舵機(jī)，聯(lián)結(jié)架等） 魚骨架（魚頭，魚皮，尾鰭） 功能擴(kuò)展模塊（攝像頭，傳感器等）192022-3-11模型簡(jiǎn)圖202022-3-11機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)212022-3-11基本運(yùn)動(dòng)

8、 直行 上升 下潛 左轉(zhuǎn) 右轉(zhuǎn) 加速 減速 懸停222022-3-11功能擴(kuò)展 測(cè)距（紅外測(cè)距，超聲波測(cè)距） 圖像采集 自主導(dǎo)航 自主避障 無線通信 各類傳感器232022-3-11智能仿生機(jī)器魚 裝備多種傳感器的智能仿生機(jī)器魚系統(tǒng)242022-3-11基于視覺的仿生機(jī)器魚控制基于視覺的仿生機(jī)器魚控制 裝備攝像頭的仿生機(jī)器魚充電接頭圖像數(shù)據(jù)上傳天線控制命令接收天線機(jī)器魚頭部機(jī)器魚驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)器魚尾鰭攝像頭252022-3-11應(yīng)用實(shí)例2012年5月22日，一批“機(jī)器魚”在西班牙北部港口城市希洪開始“服役”，它們的主要任務(wù)是檢測(cè)水質(zhì)的污染狀況，將污染地點(diǎn)報(bào)告給相關(guān)部門。這種新技術(shù)可以將檢測(cè)污染物的時(shí)間從數(shù)周縮減至數(shù)秒，而且還能大大減少處理污染所需的費(fèi)用，每年節(jié)約的成本可超過20億美元。（http:/ 基本運(yùn)動(dòng)：直行、上升、下潛、左右轉(zhuǎn)彎、懸停 圖像采集及傳輸 無線控制 電池可充電282022-3-11仿生機(jī)器魚獲得途徑 智能機(jī)器人公司 淘寶玩具廠家 學(xué)?；蚩蒲袡C(jī)構(gòu) 自己制作292022-3-11資料推薦 中國(guó)知網(wǎng)中國(guó)知網(wǎng)：仿生機(jī)器魚技術(shù)研究進(jìn)展及關(guān)鍵問題探討_梁建宏水下仿生機(jī)器魚的研究進(jìn)展II_小型實(shí)驗(yàn)機(jī)器魚的研制_梁建宏水下仿生機(jī)器魚的研究進(jìn)展IV_多仿生機(jī)器魚協(xié)調(diào)控制研究_梁建宏仿生機(jī)器魚玩具的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)_仿真與實(shí)現(xiàn)_張志剛仿生機(jī)器魚研究的進(jìn)展與分析_