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国内外仿生机器鱼研究现状综述

时间:2020-06-23 21:38来源:毕业论文
国内外开展仿生机器鱼的研究已经很长时间了,但从一系列公开的文献可知,仿鱼技术的研究,特别是对于仿鱼推进机构的设计和推进机理的研究,还是从十九世纪九十年代开始的。并

国内外开展仿生机器鱼的研究已经很长时间了,但从一系列公开的文献可知,仿鱼技术的研究,特别是对于仿鱼推进机构的设计和推进机理的研究,还是从十九世纪九十年代开始的。并且,随着科学技术的日趋发展,水下仿生机器鱼的设计也越来越成熟,越来越接近鱼类的游动机理。以下就国内外的研究现状我们做一个简单的介绍。51595

1  国外研究与发展概况

1.麻省理工学院最早开展仿鱼驱动机构的相关研究。1994年,麻省理工学院成功开发了世界上第一条仿生机器鱼——Robotuna。它模仿蓝鳍金枪鱼的体貌特征,长约1.25m,宽0.21m,高0.3m,由2843个零件组成。它由六台无刷直流伺服电机驱动, 

机器鱼在多处理器控制下,通过摆动躯体和尾鳍,游动速度可达2m/s,推进效率可达91%[2]。如图1.1和图1.2。

 1995年,为了验证仿生机器鱼的机动性和静止状态下的加速性,MIT又设计了Robotuna的改进版RoboPike。RoboPike鱼体长约0.81米,重约3.6kg。由伺服马达实现尾鳍的摆动。螺旋形玻璃纤维弹簧构成仿生鱼体基本骨架,这种柔性结构使它在游动时能够抵抗巨大的撞击,而同时它的强度又足够使它承受水压[3]。如图1.3和1.4。

 目前,MIT又成功研制出了一个新型的仿生机器鱼,这种机器鱼长度不到一英寸,拥有柔软的身体,使其能够在更大程度上模拟真实鱼的移动,体内只装有1台电机以及6个移动部件,成本因此降得很低。并且由于它的尺寸非常小,可以用于对沉船、水管、污染物等的检测。由于身体完全由一整块柔软的聚合体材料制成,所以不会因为水分的侵入受到损害。如图1.5所示。

 2.开展仿鱼推进系统研究另一个比较好的国家就是——日本。日本国家海洋研究中心(NMRI)从二十世纪末开始研制了很多种类的仿生机器鱼,每种种类的仿生机器鱼能满足不同的需求。例如PF-300(如图1.6),专门用来研究机器鱼的拐弯特性;PF-2001(如图1.7),面向高性能实验平台和多功能应用的研究,可以实现机器鱼转弯和升潜运动;PF-550(如图1.8),它运用一种特殊的行星轮机构,可以实现仿生机器鱼的快速上升和下潜运动[4,5]。日本东海大学研究出了装有胸鳍的仿鲈鱼机器鱼,能够实现胸鳍的游动和姿态控制。日本名古屋大学利用将压电陶瓷微位移进行放大实现一种摆动,此外,他们还研究了一种形状记忆合金丝,利用这种形状记忆合金丝进行驱动,模拟鱼类的游动方式。

   3.英国Essex大学机器鱼课题组于2003开始研制一系列的机器鱼。论文网,这是他们所设计的最新版机器鱼G9的实物图,该机器鱼游动姿态和真鱼极其相似。借助于更长的电池寿命以及更为先进的传感器,机器鱼一次能够在希洪港执行大约8小时的探测任务,而后自行向一家充电站报告并无线传输勘测数据。

Essex大学G9机器鱼

    当然,国外的关于仿生机器鱼远远不止这些。表1.1总结了国外的典型仿生机器鱼的研究成果。

表1-1国外典型的仿生机器鱼的研究成果

国别 研究单位 研究内容

美     国 MIT 第一条机器鱼RoboTuna(1994)

RoboTuna改进版RoboPike

中佛罗里达大学 电子机器鱼

东北大学海洋科学中心 仿生水下机器人项目(鳗鲡式推进)

加州大学伯克利分校 机器鱼(Calibot) 国内外仿生机器鱼研究现状综述:http://www.lwfree.com/yanjiu/lunwen_55279.html

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