Linux 自主魚的設計方案解析

　　隨著人類對自然資源需求的不斷增加，陸上資源日益緊缺，人類把目光投向海洋。 水下機器人在海洋環(huán)境研究、海洋資源探測和海洋軍事等方面存在巨大的潛在價值和廣闊的應用前景。 仿生學和機器人學的發(fā)展， 使水下機器人的實現成為可能，于

　　是出現了一種魚形機器人，也稱為仿生機器魚［1-2］。

　　仿生機器魚是參考魚類游動的推進機理，利用機械、電子和智能材料實現水下推進的一種運動裝置。 仿生機器魚的研究始于 19 世紀前期，Breder 和 Gray 等人對鱈魚和鰻魚等魚類對魚類運動的身體波進行了研究［3］，美國東北大學研究的鰻狀推進機理對魚類推進機理的研究產生了深遠的影響［4］，美國麻省理工學院對魚類推進機理的研究開始于二十世紀，提出魚類擺動的沉浮振幅、無量綱頻率和名義攻角等參數，并成功研制出了世界第一條實體仿生機器魚—RoboTuna，由此開創(chuàng)了機器魚由理論到　　工程實踐的先河， 對以后的研究有著指導意義，之

后又成功研制了它的改進版 RoboPike 和最高版VCUUV［5］，美國東北大學海洋科學中心研制的梭狀機器魚，在水中位置可以穿梭游動［6］。 此外，日本東海大學的 Kato 等科研人員研制出了不同種類完

全依靠胸鰭推進的人工胸鰭黑鱸［7］，日本運輸省船舶技術所研制出 PF-550 型機器魚，可以實現背腹式和橫向擺動兩種推進方式自由切換， 從而實現機器魚簡單意義的上浮、下潛運動，而且率先采用

的多模塊設計思想， 為以后的控制和維修帶來了

方便［8］。國內在仿生機器魚方面的研究開展得相對較晚，且初期研究大多集中在魚類推進理論上。 中國科技大學的程健宇和童秉綱提出了三維波動板理論在國際上得到魚類生物力學界廣泛認同 ［9］；哈爾

濱工業(yè)大學之后開展了水下機器人仿魚鰭推進理論研究，建立利用彈性組件提高驅動效率的實驗平臺； 北航機器人研究所進行了仿生機器魚功率參數、速度測定實驗魚體流動顯示實驗以及魚體運動阻力測定等實驗，獲得了機器魚游動的相關參數和

重要結果， 并研制出了國內第一條可用于實際應用的 SPC-Ⅱ仿生機器魚［10］。 中科院的桑海泉等提出了一種多機器魚巡邏算法，給出了基于行為的控制結構［11］。　　在以上研究的基礎上，研制了一款可實現三維自由運動的自主視覺機器魚， 并為其安裝壓力、溫度、數字定位等不同的傳感器，根據魚類的運動特性開發(fā)出了多種運動模態(tài)，使其在水環(huán)境下能夠自主識別和決定自己的運動方式，并且在必要時能夠很好地接受人工控制。