第 2  页 本科毕业设计说明书 大多数鱼类的背鳍、臀鳍、胸鳍和腹鳍被它们用来辅助推进、调整游动的姿态，但占鱼类总 数约 15%的鱼类为 MPF 模式鱼类，这些鱼类却靠这些鳍作为主要的推进部位[4]。MPF 模式的

鱼类游动速度虽然大多较慢，但稳定性十分出色、机动性也非常高。

图 1。2。1 鱼类推进方式分类[5]

仿生是仿照特定生物的结构，形态和功能的机器人设计或其他技术平台的实现理念，其 主要优势是环保。机器鱼成为了实际应用中用来取代传统的水下机器人的不二之选。多个国 家均已进行了一些机器鱼相关的研究，并且已被证明在检查、监测、勘探和目标探测等多个 领域的应用中非常具有实用价值。随着科技的蓬勃发展和经济、军事等领域应用需求的拉动， 其他各国包括我国也紧随其后开始了对仿生机器鱼的研究。

在仿生机器鱼的研究上，美国和日本两国是这个领域探索与研究的先驱。上世纪九十年 代初，日本名古屋大学研发的推进器获得了很多学者的关注[6]。上个世纪末，日本东京工业 大学研发的仿生机器海豚装有可独立驱动的双关节[7]。1991 年日本名古屋大学的制造出了由 压电陶瓷驱动的小型浮游机器人，采用的推进模式为仿胸鳍模式，以及由形状记忆合金驱动 的身体波动式的水下推进器[8,9]。日本三菱公司以腔棘鱼为原型，成功地开发研制了名为“古 腔棘鱼”机器人，并在位于日本横滨的三菱工业展览馆进行了展览[10]。

1994 年 MIT 研制出了第一条真正意义上的仿生机器鱼”Robo Tuna”。该机器鱼是仿金枪 鱼，长约 1。2 m，组成零件共 2843 个，游动逼真，宛若真鱼。次年，MIT 在”Robo Tuna”的基 础上又研制成功了加速能力更强的仿生机器梭子鱼”Robo Pike”和由涡流控制的水下载具[11-13]

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图 1。2。2 机器鱼 Robo Tuna 和 Robo Pike[14,15]

相较而言，国内对机器鱼这一领域的研究起步就比较晚。1999 年，北京航空航天大学研 制的仿生机器鳗鱼是我国第一条可实现自主游动的实体鱼[16]。2004 年 12 月 5 日，由北京航 空航天大学和中国科学院自动化所联合研究的机器鱼项目通过验收和鉴定。该机器鱼曾辅助 我国的考古专家对位于福建的郑成功古战舰遗址进行了水下探测，任务完成出色[17]。该机器 鱼的研制成功具有重大意义，因为这是我国第一条能够用于实际应用的仿生机器鱼（见图 1。2。3）。

图 1。2。3 SPC-Ⅱ和 SPC-Ⅲ仿生机器鱼[18]

中科院自动化研究所的研究人员仿照鲹科鱼类运动机理，研发了仿生机器鲤鱼。刘晋东 等人也基于鲹科鱼的运动模式研制了机器鱼，并在伦敦水族馆进行了测试[19]。T。 B Koay 等人 开发了一个自主水下机器人，非仿生平台，配备有分布式软件体系结构用于自主载具导航系 统，用以进行其他关于海洋监测的研究[20]。

1。3 课题的研究目的与意义

我国用于水质监测的自主水下机器人研究水平还不高。但是实现环保的海事监管、城市 内河监管技术却非常重要。

压载水入侵生物对我国港口水质造成了十分严重的影响，如大面积的赤潮灾害。港口船

第 4  页 本科毕业设计说明书 舶油污也是一大问题。当海洋中的含油污水一旦超出了海水自身可净化的能力范围，就会给 海洋资源、人类以及生态平衡等造成严重影响。城市内河的水污染问题也应当引起人们足够