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仿生机器鱼国内外研究现状及分析
摘要：介绍了鱼类推进模式的分类及特点，分析了仿生机器鱼的特点。介绍了国 内外仿生机器鱼研制的成果和现状，在此基础上分析了仿生机器鱼研究面临的几 个主要问题。
关键词：机器鱼；推进模式；升潜模式；现状
引金枪鱼建造，长8英尺（ m），重300磅。其目的在于开发一种利用涡 控制推进的自主水下机器人，并通过自由的游动显示良好的减阻性、提高的机动
性、方向稳定性、深度保持能力和更高的加、减速性能。VCUUV可用来完成海底 勘探、排雷布雷和光缆铺设等任务。
除了 MIT外，1996年，美国新墨西哥大学研究小组将高分子电解质离子交换膜 镀在仿生鱼鳍的金属簿片上，通过外加电场实现人造合成肌肉运动，产生了类似 鳗鱼的游动方式。东北大学海洋科学中心用形状记忆合金和链杆结构开发了波动 推进的机器鳗鱼，通过身体侧鳍的波动，机器鳗鱼不仅能驱动自身穿越水柱，而 且能控制其浮游深度。如果将多机器鳗鱼构建成一多智能体系统，可以用于潮汐 区和江河的科学考察。1999年，德州农工大学宇航工程系应用SMA驱动技术开发 了一种带脊柱的水下仿生潜器。基于二维波动板理论，SMA驱动单元不仅可以实 现水翼的力和力矩控制，而且能够产生向前的推进力。
在日本，90年代初，名古屋大学Toshio Fukuda教授开始了微型仿鱼水下推 进器的研究，他先后研制出采用形状记忆合金驱动的微型身体波动式水下推进器 和压电陶瓷驱动的双鳍鱼型微机器人。在微型身体波动式水下推进器中， 。所提出的SMA驱动器由几种模 态的SMA构成，根据SMA激励方式的不同，通过波形合成产生多种形状来模拟鳗鲡 目鱼类的身体波动，产生推进力，从而实现机器人的水下浮游o 1995年，东海大 学的Kato实验室开发了研究人工胸鳍机动性和推进的测试平台一一仿黑色鲈鱼 机器鱼。1998年，Shuoxiang Guo和Toshio Fukuda等人研制了一种以离子交换聚 合薄膜(ICPF)作为尾鳍驱动元件的微机器鱼样机。
为了研究最优推进方法，开发高推进性能的智能型水下机器人，从1999年开始， 运输省船舶技术研究所(SRI)，PF-300 用来研究转弯性能；PF-600用来研究推进效率；S-FPsE2000(2000年9月研制)用 来研究半自由活塞型斯特灵发动机的推进效率，半自由活塞型斯特灵发动机是 SRI研制的一种新型发动机，该发动机的输出可直接用于机器鱼的尾鳍摆动，而 不需要使用调速齿轮机构；PF-700主要用于获取更高的推进速度；而UPF-2001 旨在研究机器鱼的高性能和多用途；在UPF-2001的基础上，最新研制的PPF-09 已具有三维运动的功能，即能实现上升下潜。
此外还有加拿大、比利时、英国都研究制作了机器鱼并且取得了一定结果，在 这里不做详细介绍了。
、国内及其与研究现状
在鱼类推进机理研究和仿生机器鱼研制方面，国内起步较晚。80年代中后期， 中国科技大学的童秉纲和程健宇博士采用半解析-半数值的方法，提出了三维波 动板理论，得到了国际上鱼类生物力学研究群体的广为运用和认同。1994年华中 理工大学开展了柔性尾鳍推进装置的实验与理论研究，初步探讨了尾鳍参数与推 进效率之