国外研究发展状况仿生机器鱼是种利用鱼类的游动推进机理实现推进运动的新型水下推进器,是一门多学科交叉的研究领域。国外最早研究鱼类推进模式的,早在二十世纪九十年代美国麻省理工学院就研制出了第一条机器鱼---仿生金枪鱼(robotuna),并进行了水下实验。通过尾鳍和尾柄的默契配合以及其快速高效的推进系统能让其最高游动速度高达两米每秒,这项工作在当前可谓是十分超前。1995年,在robotuna的基础上又研制出了改进版pike,用以探索鱼的机动性以及静止状态下的加速特性。1998年,MTI有研发了最高版仿生鱼VCUUV(VortieityContorlUnmannedUndewraterVehiele),如图1。1。VCUUV是仿黄鳍金枪鱼具有良好的机动性、方向稳定性、减阻性、深度保持能力和更高的加/减速性能。长度8英尺,重达300磅,其目的在于开发一种利用涡流控制推进的自主水下机器人。随着相关技术的发展越来越多的仿生机器鱼出现。82152
MTI研制的最高板仿生鱼VCUUV
英国Heriot-Watt大学展开的FLASP项目。
90年代的日本,东海大学和KATO实验室研究的人工胸鳍黑鲈(Blackbass)。名古屋大学开始了微型仿鱼水下推进器的研究,最先开始是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微型机器鱼,为了研究最优推进方式,开发高推进性能的智能型水下机器鱼,从1999年开始运输省船舶技术研究所开始了一系列的实验机器鱼的研究,为高速游动研究而设计出PF-700,如图1。2所示,为研究直线推进运动而设计出PF-600,如图1。3所示,为能得到高性能实验平台而设计出UPF-2001,如图1。4所示,为了研究快速下潜运动而设计出PF-550,如图1。5,为了研究沉浮运动方式而设计出PF-200,如图1。6所示,为了研究转弯性能而设计出PF-300,如图1。7,在UPF-2001的基础上,研制出的PPF-09具有实现上升下潜的三维运动的功能。
机器鱼PF-200机器鱼PF-300
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有脊柱的水下仿生潜器,基于二维波动板理论,SAM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。
2国内研究现状
在国内由于各种各样的原因研究仿生机器人的热潮相对国对较晚。主要的研究机构集中在各大高校,主要集中在:北京航空航天大学、中科院自动化所、国防科技大学等。北京航空航天大学研究组在仿鱼推进领域的研究相对较早,研制的仿鱼机器人种类也很多,主要有:仿鲼机器鱼、仿鳗鲡机器人、仿海豚机器人。文献综述
哈尔滨工业大学早期研制出的一条仿生金枪鱼。哈尔滨工业大学在国家自然科学基金的支持下开展了水下机器人仿生鱼鳍推进机理的研究,建立了利用弹性元件提高推进效率的实验平台,主要研究对象是鲹科鱼类新月型尾鳍推进模式。其中有以蓝鳍金枪鱼为原型研制出了仿生-I机器鱼如图。
哈尔滨工程大学研制的仿生-I号机器鱼
之后又研制出HRF-I原型,该机器鱼设计用于实现快速升潜活动,2002年9月研制的PPF-09能够实现具有三维运动的功能,即可以实现上升和下潜动作;中科院沈阳自动化研究所制作了两关节的仿生机器鱼模型,北京航空航天大学机器人研究所开展了仿生机器人(潜水器)技术的研究,提出了波动推进理论及其分析方法,设计研制了游动速度为0。6米每秒的仿生鱼实验模型。2001年3月又研制出仿生机器海豚,并在北京航空航天大学水洞实验室内进行了速度功率参数测定实验,鱼体流动显示实验和鱼体运动阻力测定实验,获取了鱼的摆动推进深层次机理,2001年中科院自动化研究所复杂系统与智能科学实验室和北航机器人研究所联合开展多微小型仿生机器鱼的研究。进行了仿生鱼个体与群体间写作运行的研究,研制出了游龙系列的机器鱼。