哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 第1章绪论 1.1引言 21世纪将是海洋开发的世纪，因而水下机器人在海洋环境研究，海洋 资源探测和开发等民用领域，乃至海洋军事领域有着广阔的应用前景和巨大 的潜在价值。但是当前水下机器人多采用传统的螺旋桨作为推进器，其体积 大、重量重、能耗高、综合效率低（通常小于45%）、瞬时响应有严重的滞 后现象、运动灵活性能差、并且伴有较大的噪音和尾涡。为克服这些缺点， 近年来，随着仿生学研究的不断发展，许多水下机器人科研工作者又将注意 力集中到长期生活在水下，特别是能在水中快速遨游的鱼类的游动机理的研 究上山。 水下推进器的设计目标是希望具有效率高、速度快、灵活性好等优点， 而鱼类游动恰好具有这些优点，从而在世界范围内兴起了仿生鱼机器人研究 的热潮。利用鱼类游动推进机理实现水下潜器和水下机器人推进的想法伴随 着仿生学、材料学、自动控制理论、图像处理等学科的发展将成为现实。 如果仿生机器鱼的研究成熟，可以进行长时间、大范围、工况较复杂的 水下作业，可以用于机动性能要求较高的场合及进行海洋生物考察、海底勘 探和海洋救生等领域。军事方面，可以应用在隐蔽性较强的场合3]。 因此，有理由相信随着海洋的开发及技术的进步，适应各种需要的水下 机器人将会得到很大的发展。国内外学者也越来越重视新型仿生机器鱼的研 究与开发，取得了很多阶段性的成果，设计了各种各样的机器鱼样机。但 是，这些机器鱼样机的性能和游动姿态与真鱼的水平还相差较远。因此，进 一步开展深入的理论和实验研究具有重要的意义。 1.2机器鱼的仿生学概况及特点 1.2.1鱼类推进模式分类 鱼类的游动方式有多种多样，关于鱼类推进模式和推进机理的研究是新 型仿鱼水下推进器的研究基础。1926年brederl4根据鱼类推进运动的特征不哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 1 - 第1章 绪论 1.1 引言 21 世纪将是海洋开发的世纪，因而水下机器人在海洋环境研究，海洋 资源探测和开发等民用领域，乃至海洋军事领域有着广阔的应用前景和巨大 的潜在价值。但是当前水下机器人多采用传统的螺旋桨作为推进器，其体积 大、重量重、能耗高、综合效率低(通常小于 45% )、瞬时响应有严重的滞 后现象、运动灵活性能差、并且伴有较大的噪音和尾涡。为克服这些缺点， 近年来，随着仿生学研究的不断发展，许多水下机器人科研工作者又将注意 力集中到长期生活在水下，特别是能在水中快速遨游的鱼类的游动机理的研 究上[1]。 水下推进器的设计目标是希望具有效率高、速度快、灵活性好等优点， 而鱼类游动恰好具有这些优点，从而在世界范围内兴起了仿生鱼机器人研究 的热潮。利用鱼类游动推进机理实现水下潜器和水下机器人推进的想法伴随 着仿生学、材料学、自动控制理论、图像处理等学科的发展将成为现实[2]。 如果仿生机器鱼的研究成熟，可以进行长时间、大范围、工况较复杂的 水下作业，可以用于机动性能要求较高的场合及进行海洋生物考察、海底勘 探和海洋救生等领域。军事方面，可以应用在隐蔽性较强的场合[3]。 因此，有理由相信随着海洋的开发及技术的进步，适应各种需要的水下 机器人将会得到很大的发展。国内外学者也越来越重视新型仿生机器鱼的研 究与开发，取得了很多阶段性的成果，设计了各种各样的机器鱼样机。但 是，这些机器鱼样机的性能和游动姿态与真鱼的水平还相差较远。因此，进 一步开展深入的理论和实验研究具有重要的意义。 1.2 机器鱼的仿生学概况及特点 1.2.1 鱼类推进模式分类 鱼类的游动方式有多种多样，关于鱼类推进模式和推进机理的研究是新 型仿鱼水下推进器的研究基础。1926 年 breder[4]根据鱼类推进运动的特征不