機器魚采用紅外遙控控制，IPMc驅動器尺寸50 mm×lOmm．在2 5 V的正弦波電壓驅動下，可以實現  哈爾濱工業大學的王振龍教授等人研制出sMA驅動的仿生微型機器魚。如圖10所示。

 

 

 

該微型機器魚由魚體和推進段組成，沒有任何機械傳動結構，能夠模擬真魚的無聲柔性擺動推進。

該機器魚總長146 mm，質量30 g，利用無線電遙控。

機器魚實現了112 mm/s的游動速度和136 mm的轉彎半徑：模仿魚類夠科推進模式游動時，尾鰭振幅峰值為26 mm，斯德魯哈爾數(s1)為0．58，較接近魚類游動的理想值O 25～O．35，表明機器魚可以在較為理想的狀態游動。

    北京航空航天大學是國內開展機器魚研究最早的單位之一，于1999年研制了模仿銀龍魚波動游動的機器魚。北京航空航天大學的梁建宏等人還研制出電機驅動的小型機器魚，如圖11所示。

 

 

 

小型機器魚是一條具有剛性頭部，柔性身體和剛性尾鰭的擺動推進器�？傞L度約890 mm，總高度為550 mm。魚體頭部是一個半圓球，前部為圓柱形，尾部由直徑漸變的圓柱面貼合而成，以形成整體流線型的外部形狀，在尾部帶有一個尾鰭，作為提供推進力的主要執行機構。魚體的全部橫斷面都是圓

形，****橫斷面是一一個直徑110 mm的圓面.水中****速度為20 crn／s，****轉彎角速度為120°／s，最小轉彎半徑為40 cm。綜合性能測試實驗和c形運動控制實驗表明，該機器魚具有較好的游動性能和較高的機動性能。北京大學研制出電機驅動的仿生機器魚，機器魚長380 mm，有玻璃鋼制造的頭部，通信系統和電源都放在頭部，有四個擺動關節，通過直流電動機驅動。

  浙江大學的陳柏等人研制出電機驅動的仿生蝌蚪機器人，如圖12所示。

 

 

 

機器人在水中依靠尾部波狀擺動前進。其柔性尾部擺動過程中，形狀類似于一列正弦波；機器人波狀尾部擺動時帶動它所包絡的液體向后流動，形成尾渦。

機器人受到向前的推力。

2微小型水下仿生機器人研究關鍵技術及發展趨勢

從上述研究現狀可以看出，微小型水下仿生機器人已經成為微型機器人領域里研究的熱點。國內外的眾多研究機構都開展了相關研究：國外研究機構的研究比較廣泛，采用電機和智能材料驅動器，研制了多種微小型水下仿生機器人，取得了豐富的研究成果。國內開展微小型水下仿生機器人研究的機構比較少，主要采用電機作為驅動器，采用智能材料驅動器的微小型水下仿生機器人還處于初期實驗階段。微小型水下機器人推進機理、微驅動器、控制技術、水下通訊技術和微小型能源等問題的研究將成為制約微小型水下機器人發展的關鍵。

2．1推進機理研究

自然界具有游動本領的生物在幾百萬年的進化過程中，進化出了非凡的水中游動能力：經過國內外學者大量的實驗研究證明，模仿生物的游動機理研制的水下仿生機器人可以以生物的推進方式在水中靈活游動。

    生物學家和有關機構對魚類游動機理進行了大量的研究，并創建相應的推進理淪。按照選取的主要作用力不同，目前的波動推進理論可以分為抗力理論(Resve force theory和反作用力理論(Re—active forceeorv)兩大類，前者強調水的粘性力作用，后者強調推進器在無粘流體中波動時的慣性力。反作用力理論發展迅速，相對較為完善并用于實際計算的主要有細長體理論(Elong bodytheory)、波動板理論(wav。plate the。ry)和作動盤理論(ActuI=l0r—dlscory)三種。現有理論對于微小型仿生水下機器人的沒計有一定的指導意義，但是對于機器人的推進力、推進效率等參數的計算結果與實驗結果還存在差距。

    研究生物游動的機理，建立微小型水下仿生機器人的運動學模型，為仿生機器人研究提供理論基礎將是未來微小型水下仿生機器人研究的重點。

2 2微驅動器研究

微驅動器是微小型水下機器人的重要組成部分。微小型水下仿生機器人的驅動器主要包括：微型電機和智能材料(PzT、sMA、高分子材料)。微型電機驅動的機器人，推進力大，游動速度快，但存在結構復雜、體積大、頻率低和噪聲大等問題。PzT是一種能夠將機械能和電能互相轉換的功能材料，具有響應快、驅動力大、驅動功率低和工作頻率寬等優點，但是它所需的驅動電壓較高、位移量小、制作工藝比較復雜。sMA具有集驅動器與傳感器于一身的特色。它在相變過程中產生的回復力大，功重比(功率重量比)要遠遠大于電機。但sMA在藿復驅動過程中，記憶性能會逐漸退化，工作響應頻率較低。高分子材料(IcPF、EAP和IPMc)是新型的智能材料，柔韌性好，驅動電壓低．變形量大，響應性能好，但輸出力較小，且材料制備復雜。

    PZT、sMA和高分子材料等智能材料具有集傳  感與執行于一體、易于控制等優點，因而在微小型水  下仿生機器人驅動機構的沒計中得到廣泛應用。研  究功耗低、輸出功率大、控制性能好的新型智能材料  驅動器將成為未來微小型水下仿生機器人研究的關  鍵問題。

  2 3控制技術研究

在水下環境中保持游動的穩定性和機動性，實  時地對環境進行檢測，調整姿態，躲避障礙物，這些  功能的實現，主要依靠微小型水下仿生機器人的控  制系統。建立準確的控制模型和神經網絡等先進控  制方法的應用將是微小型水下仿生機器人研究的主  要問題。

  2 4通訊技術研究

微小型水下仿生機器人在水下工作時與外界的  聯系受到諸多因素的影響。因此，如何實現高效、準 確的通信成為微小型水下仿生機器人設計過程中必  須要考慮的重要問題。

  2 5微小型能源研究

微小型水下仿生機器人在水下工作時的能源供  給是制約機器人長時間穩定工作的重要因素。因  此，開發大容量的高效能源是微小型水下仿生機器  人實用性的關鍵問題。

 

５　結語

　　　本文論述了微小型水下仿生機器人的研究現狀　，討論分析了微小型水下仿生機器人研究的關鍵問題和發展趨勢，�！‰S著ＭＥＭＳ　相關技術的不斷發展，更多的新型微小型水下仿生機器人，將會出現。　微小型仿生水下機器人在海洋勘測。軍事　工業和醫療等領域具有廣泛的應用前景�！�