中国领跑“仿生机器鱼”新领域研发
摘要: 在机器鱼的仿生结构设计中，需要综合考虑效率、机动性等因素。我国在仿生机器鱼方面开展了大量的研究，在世界处于前列位置。我国的仿生机器鱼研究工作不仅被国外同行大量引用，研发的仿生机器鱼系统也已应用于英国、德国、澳大利亚等国内外大学的科研和国内多个科技馆的科普工作中。
| 清澈的水池里，几条小鱼在欢快嬉戏。在水池一侧，几位戴着眼镜的博士正紧张地盯着屏幕上的数据和程序，随着鱼儿游来游去，不断调整着各类编程代码。 原来水池里欢快的小鱼并非真鱼，而是一条条机器鱼，中国科学院自动化研究所的几位同事正在做机器鱼实验。 鱼类历经亿万年的进化，形成了适应不同生存环境的外形、结构和运动模式，如高速游动的剑鱼、可在空中滑翔的飞鱼、逆流而上的大马哈鱼等等，它们优于船舶螺旋桨推进的高效率、高机动、低噪声、高加速性的游动方式，引起了研究人员的广泛关注。通过研究和模拟鱼类，开发出高效节能的水下推进器、高机动性的水下运载器，具有极大的应用价值，这也催生了机器人研究的一个新领域——仿生机器鱼。 仿生机器鱼是在鱼类身体、尾鳍、胸鳍、背鳍、腹鳍、臀鳍的结构及其运动分析基础上，采用机械设计、自动控制、计算机技术、电子技术等多学科知识，设计开发可以模仿鱼类游动的水下机器人系统，研究水下仿生高效推进系统的设计方法和控制方法。 在机器鱼的仿生结构设计中，综合考虑效率、机动性等因素，多模仿鳗鲡科、亚鲹科、鲹科等鱼类的身体尾鳍结构，以及鳐科、裸背鳗科等鱼类的中央鳍/对鳍结构。身体尾鳍结构一般采用串联连杆机构来模仿类似鲤鱼的运动，而其简化的结构可仅由电机带动尾鳍拍动来模仿类似金枪鱼的运动。通过控制鱼体和鱼鳍按照一定的规律进行拍动或波动运动，可在水下形成特定的涡流流场并产生推力，实现仿生机器鱼的推进。而通过调整鱼体或鱼鳍的姿态和运动规律，可实现仿生机器鱼的转弯、倒退、浮潜等机动运动。 我国在仿生机器鱼方面开展了大量的研究，在世界处于前列位置。目前研制了仿鲹科机器鱼、仿生鲤鱼、机器海豚、长鳍波动推进的水下运载器、子母式机器鱼等多种原型系统，研发了尾鳍推进、长鳍波动推进、高机动转弯、快速启动、倒退游动、浮潜运动、深度保持、姿态保持等关键控制技术，形成一系列具有自主知识产权的技术和方法，实现了仿生机器鱼水下三维高机动游动、机器海豚跃水等独具特色的仿生运动。我国的仿生机器鱼研究工作不仅被国外同行大量引用，研发的仿生机器鱼系统也已应用于英国、德国、澳大利亚等国内外大学的科研和国内多个科技馆的科普工作中。 |
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