21世纪是海洋的世纪，人类对于海洋的探索和开发进入了一个新的阶段。海洋是地球孕育生命的起点，同时也是一个巨大和丰富的资源宝库，是最具有开发潜力的战略空间^[1]。海洋对于我国的政治、经济、文化和安全等方面具有重大的意义，在维护国家主权、发展利益及军事科技竞争中的战略地位显著提升^[2]。在对海洋进行探索和发现时，由于海洋环境的复杂、多样和未知性，作为海洋探测重要工具的仿生机器鱼受到了世界各国科学家们广泛的关注和重视^[3]，仿生机器鱼技术的研究和发展对于海洋的探测开发起着不可替代的作用。

地球上出现最早的脊椎动物是鱼类，经过了极其漫长时间的进化演变，它拥有了独特的运动方式，能够轻松地保持连续高速的运动，而且它的身体结构和游动推进方式及其游动的形态都是自然选择的结果^[4]，具有极高的能量利用效率、机动性能好、隐蔽性能好等优点。正因如此，科学家们纷纷开展了对鱼类的研究工作，希望能够制造出类似于鱼类的仿生机器鱼，以达到海洋探测的目的。

仿生机器鱼是仿生学和机器人学结合和应用的产物，为研制新型的水下航行器提供了一种重要的新思路，具有重要的研究价值和应用前景。仿生学出现于上个世纪60年代，是人们通过学习生物体的结构与功能原理并根据这些原理改造发明出新的科技、工具和系统^[5]。随着几十年来机器人学和仿生学的迅速发展，仿生机器鱼的出现便顺理成章了，由于仿生机器鱼是模仿于鱼类，所以它结合了鱼类的很多特性和优点，例如作业时间长、运动自由性大、运动范围广并且可以在复杂多变的环境下工作，最重要的是它能够代替人类解决一些原来难以解决的具体实际问题。

仿生机器鱼，作为一种典型的水下机器人（AUV），涉及到了材料、机械、流体力学、控制、能源、生物等多种学科。它所应用到的领域非常广泛，例如有教育、军事、水文、船舶设计、生物观察、水下考古和地质勘探等^[6]。在科普教育方面，仿生机器鱼已成功运用到水下仿生机器人和鱼类推进机理的展示中，并且在一定程度上仿生机器人技术可以复现已灭绝的水下生物，完美展现它们的生理结构和游动姿态。在军事应用当面，仿生机器鱼由于其天然的外形优势和机动灵活的游动特性，可以很好的完成军事侦察、反潜、进攻敌方舰艇、布雷排雷等任务，具有广阔的军事应用前景。在水质检测方面，仿生机器鱼可以作为水下的移动平台，可以搭载水质传感器，检测各种各样的水质参数。在民用中，科学家和相关从业人员可以利用仿生鱼进行海洋生物的观察、水下遗迹文物的考察发现以及海洋地质地貌和海底资源的勘测发掘。

由于仿生机器鱼的应用及其广泛，所以对仿生鱼技术和功能的要求也大大提高，最早的水下机器人是通过人工遥控等方式操纵水下机器人工作，然后随着任务和工作环境的复杂程度的加深，这种方式已不能满足需求。取而代之的研究方向是仿生机器鱼的自主导航避障和自主完成指定任务，在这个过程中，不需要人工干预，因此这对于仿生机器鱼的路径规划技术提出了很高的要求，这也导致路径规划作为机器人研究领域的关键技术，成为人们研究的热点^[7]，各种各样的路径规划方法也应运而生。

仿生学出现于上个世纪，国外对于仿生机器鱼的研究较早，并且取得了一定的成果。国内科学家对于仿生鱼的研究则稍晚一些，但近些年发展较为迅速，研究到了一个新的阶段，以下将介绍国内外仿生机器鱼研究的现状。

(1)国外研究现状

20世纪国外的科学家们就开始了仿生机器鱼的研究，其间经过了几十年的理论研究时期，主要方向是鱼类的推进机理，直到20世纪90年代，仿生机器鱼才进入到实际研制阶段，1994年，世界上第一条仿生机器鱼诞生于美国的麻省理工大学（MIT）。该仿生机器鱼鱼体体性约1.25m*0.21m*0.3m,组成的零部件约为2800个^[1]，整体是由铝合金制成关节材料，体内装有多部直流伺服电机以及轴承等。