1.2国外发展情况

1.3国内发展概况

第二章 机器鱼仿生学基础

2.1机器鱼运动机理及参数描述

鱼类生活习性和环境的不同，导致了鱼的种类很多，又因为水难压缩和高密度的特性在鱼类的游动机理中具有重要作用，以至于各种鱼类在进化的过程中产生了各种不同外形和不同的游动方式。对于鱼的研究包含了鱼类是怎样既能快速的游动和还能灵活的转向，这个问题难住了大片的科学家研究人员，当今的科学家们通过对鱼类自身的体形、尾鳍的长短、尾鳍摆动时的力量大小把鱼类分成了以下三种模式：

a. Anguilliform ：鱼的整个躯干加上尾巴一起波浪形的发力前进，类似的有鳗鱼这些鱼类。

b. Carangiform ：尾鳍的摆动加上躯干所连接的尾部的左右摇动进行泳动，类似的有旗鱼，金枪鱼，鲑鱼这些类鱼。

c. Ostraciifrom ：游动的时候只用尾鳍的左右摇动的动作作为推进动力，躯干及尾部处于硬直状态。

地球上现存的鱼们都是在近亿年的物竞天择下存活的胜利者，它们在水里面获得的身体构造和运动模式都可以说是水中最好的。在当下的科学界在水里面鱼类可以达到人类制造的任意水下推进器都难以企及的高效率高灵活度的运动。如果想达到像鱼儿一样快速灵活的游行实力，不管是构造还是操作方面，都需要实打实的模拟真正的鱼儿。鲨鱼，金枪鱼这种类型的鲹科鱼都是用月牙形的尾鳍前行方法，它们的动作方法是有效使用气力最好的，而且像这样的游动方法也能在困难的水情下活动。

在一维的情况下稳态游动，鲹科“新月”形尾鳍推进模型的鱼类推动前进运动主要包含下面两点：

(1) 鱼体的运动；

(2) 尾鳍的摆动。

鲹科及鲹科“新月”形尾鳍模式是大多数鱼类（如鲨鱼、海豚、金枪鱼等）所使用的推进模式。因为鱼体的刚度比较大，主要波动部位集中在身体的后半，使尾鳍具有一定的刚度以提供推进力，其推进速度和效率相较于鱼体波动运动形式的要高。鱼体的后三分之二是鲹科鱼类运动形式的推进部分，鲹科“新月”形鱼体的尾鳍刚度要更加大，鱼体的后三分之一是推进部分，转弯等侧向运动主要凭借尾鳍和颈部后，推进力的90%由尾鳍产生，鱼体的前三分之二保持刚性。当前，研究较多机器鱼的模式是鲹科及鲹科“新月”形尾鳍，所以就应该应用刚性材料制作鱼体的前三分之二和尾鳍，而最好采用弹性材料制作鱼尾，用伺服电机驱动鱼尾带动尾鳍进行摆动运动，鱼尾结构的繁琐程度又有不同。在设计新型的水下推动前行机器的时候在三种不同游动模式的鱼类中鲹科“新月”形是相对拥有最高的效率、最快的速度的模式，所以经常被选取应用。当下研究的结果显示，这种智能机器鱼的直线巡航速度大约为每秒1～3倍体长，爆发的时候速度甚至可以达到每秒游动27个体长，而且这种智能机器鱼因为有相对大的载荷和体积，又可实现沉浮，成为了当下主要的研究方向。

建立如图 2-1 的坐标系，在鱼体两边胸部鱼鳍的中线和自身中线的交点处（该点波幅为零）取点O为坐标原点，设实验体的游动方向为 X 轴正方向，则鱼体位于 X 轴负方向。鲹科月牙形的尾鳍产生的鱼体波的波形是正弦函数并且波形是渐渐外扩的，因为本设计的实验体的波幅曲线是二次特征曲线，所以在这里能够用正弦函数和波幅包络函数通过组合的方式生成实验体的实体波。

鱼体波实体包络线

数学模型为

yb(x)=(c1x¬ + c2x2 )                     (2-1)