1. 研究目的与意义（文献综述）

1目的及意义

随着世界对石油、天然气等资源的需求量的不断增长和人类的大量开采，陆地资源正日益枯竭，使人类加快了走向海洋的步伐。海洋的总面积比陆地要大一倍多，蕴藏着巨大的能量，甚至可以成为人类未来的粮仓。而海洋开发需要大范围的、精确的海洋环境数据，也就是说需要进行海底勘探、取样、探查等，具有这些功能的水下机器人已成为海洋探索开发和防卫的重要设备，可以代替人类在复杂的海洋环境中完成水下任务。

使用传统的螺旋桨方式推进的水下机器人，在推进过程中会产生侧向涡流，且噪声大，能量消耗高，推进效率低。为了降低噪声并提升效率，更加灵活和智能的水下机器人的研究变得尤为重要。而长期生活在海洋中的鱼类经过亿万年的进化，具有十分完备的游动性能和器官，水中游动能力非凡。鱼类通过身体的弯曲摆动来获得推进力，具有效率高、速度快、灵活性好等优点，恰好可以解决水下机器人高耗能、低效率、大噪声的缺陷，代替传统的推进器系统，可以更好的适应水下的复杂环境。因此，模仿鱼类的运动方式，不断研制和改进具有鱼类特点的仿生机器鱼，用以进行水下复杂环境作业，是目前研究的热点。

人类从20世纪初开始进行鱼类推进模式方面的研究工作。20世纪90年代以前主要是基础理论方面的研究，20世纪90年代开始，随着机器人技术、驱动装备和新型智能材料等技术的发展，研究人员开始研制用于实验的仿生机器鱼。

1926年，breder首先对鱼类推进模式进行分析分类，根据推进部位分为两类：身体/尾鳍(body and/or caudal fin，bcf)推进模式和中间鳍/对鳍(median and/or paired fin，mpf)推进模式。大多数鱼类采用身体/尾鳍推进模式，把身体和尾鳍当作主要推进器，身体左右摆动击水，利用其产生的反作用力使鱼体向前推进，通过身体的波动和尾鳍的摆动形成向后传播的推进波，以实现快速高效的游动。

breder将bcf推进模式细分为鳗鲡模式、鲹科模式、箱鲀科模式(又称摆动模式)。1978年lindsey在breder的分类基础上增加了亚鲹科模式和鲔科模式(又称鲹科加月尾鳍模式)，1999年sfakiotaki对以上五种推进模式进行了总结分析，如图1所示。

2. 研究的基本内容与方案

2研究/设计的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

仿生机器鱼研究是一个多学科交叉、融合的研究领域，涉及仿生学、流体力学、材料学、控制论、电子学以及机械工程学等多个学科。目前，仿生机器鱼系统研究已经取得了良好的进展，实现了仿生机器鱼在水中的三维游动、快速启动、快速转弯等，在推进速度、推进效率方面有了较大提高，但与真实鱼类的游动还存在非常明显的差距。

2.1基本内容、技术方案及措施

为了进一步提高仿生机器鱼系统的性能，本论文在分析了目前仿生机器鱼研究中存在的问题基础上，并考虑现有的研究条件之后，着重进行以下研究工作：

⑴ 仿生机器鱼推进系统结构的研究和设计

3. 研究计划与安排

3进度安排

2017.01-2017.03：资料收集阶段，利用ieee/iet electronic library（全文）、proquest博硕士学位论文全文数据库（全文）、sci－科学引文索引以及中国期刊网等图书馆资源等途径完成相关中英文资料的收集，阅读相关文献，并完成相关外文文献的翻译。

2017.03-2017.04：对研究的内容和方向有了大致的了解，初步确定研究方案，提交开题报告。然后根据仿生机器鱼尾鳍推进系统的运动机理和结构形式，设计尾鳍推进系统的结构。

2017.04-2017.05：建立尾鳍推进系统的运动学和动力学模型，设计仿生机器鱼尾鳍推进系统控制系统，并利用solidworks和fluent进行仿真分析

4. 参考文献（12篇以上）

4阅读的参考文献

[1] 王安忆，刘贵杰，王新宝，等.身体/尾鳍推进模式仿生机器鱼研究的进展与分析[j].机械工程学报，2016，52(17):137-146.

[2] 崔祚，姜洪洲，何景峰，等.bcf仿生鱼游动机理的研究进展及关键技术分析[j].机械工程学报，2015，51(16):177-184.

[3] 张曦.仿鱼类摆动尾鳍推进系统的水动力研究[d].哈尔滨工程大学，2012.