1.1研究目的

仿生学是 20 世纪 60 年代出现的一门综合性边缘学科，它由生命科学与工程技术科学相互渗透、相互结合而成。仿生学将有关生物学原理应用到工程系统的研究设计中，这尤其是对当今日益发展的仿生机器人科学起到了极大的推动作用。近年来，人们把目光对准了自然界，力求从丰富多彩的鱼类身上获得灵感，将它们的运动机理和行为方式运用到对水下机器人运动机理和控制的研究中，以提高水下机器人的推进效率和速度。

国内外学者对鱼类运动机理的研究，不仅对理解生物的适应和进化有重要意义，而且在工程上使如何实现高效推进、高机动性和稳定性、流动控制、低噪声等一系列问题得到有益的启示。长期生活在水下的鱼类，经过多年的进化，生成了十分完备的游动性能和器官。水下推进器的设计目标希望具有效率高、速度快、灵活性好等优点，而鱼类恰好具有这些优点，从而在世界范围内兴起了仿鱼形机器人研究的热潮。利用鱼类的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。

1.2仿生机器鱼国内外研究发展概况

人类有关鱼类游动机理的现代研究始于二十世纪三十年代。研究工作可分为两个阶段：二十世纪九十年代以前主要集中于基础理论的研究，九十年代以后随着机器人学、新型材料和驱动装置的发展，人们开始机器鱼的研制。

1.2.1国外发展概况

（1）1994年，麻省理工大学研制出了世界上第一条真正意义上的仿生机器鱼，该机器鱼是一条长约1.2米，由243个零件组成的机器金枪鱼，能够像真鱼一样游动。此项设计方法对机器鱼的研究具有重大意义。次年麻省理工大学研制出具有较好的加速能力的机器鱼，使机器鱼在机动性能方面的研究得到进一步发展。

（2）1996年，日本通过对黑色鲈鱼的胸鳍进行分析，研制出了机器鱼实验样机，该样机可以用pc机来控制以实现类似鱼类的动作。1999年，日本三菱公司研制出由计算机外部控制，内部电池供电，由尾部硅树脂橡胶做成的弹性尾鳍来产生推进力和控制方向的机器鱼。同年，日本东京工业大学研制了一条自主驱动具有两个关节推进的机器海豚。

1.2.2国内发展情况

随着国外仿生机器鱼研究的兴起，以及我国经济发展对进一步开发近海直至远洋的迫切需求，越来越多的科研机构开始从事这方面的研究工作。目前，国内主要有北京航空航天大学、中国科学院自动化所、中科院研究生院、中国科学技术大学、哈尔滨工业大学、沈阳自动化所、上海交通大学、哈尔滨工程大学等机构，开展了仿生机器鱼的研制工作。