Linux 自主鱼的设计方案解析

　　随着人类对自然资源需求的不断增加，陆上资源日益紧缺，人类把目光投向海洋。 水下机器人在海洋环境研究、海洋资源探测和海洋军事等方面存在巨大的潜在价值和广阔的应用前景。 仿生学和机器人学的发展， 使水下机器人的实现成为可能，于

　　是出现了一种鱼形机器人，也称为仿生机器鱼［1-2］。

　　仿生机器鱼是参考鱼类游动的推进机理，利用机械、电子和智能材料实现水下推进的一种运动装置。 仿生机器鱼的研究始于 19 世纪前期，Breder 和 Gray 等人对鳕鱼和鳗鱼等鱼类对鱼类运动的身体波进行了研究［3］，美国东北大学研究的鳗状推进机理对鱼类推进机理的研究产生了深远的影响［4］，美国麻省理工学院对鱼类推进机理的研究开始于二十世纪，提出鱼类摆动的沉浮振幅、无量纲频率和名义攻角等参数，并成功研制出了世界第一条实体仿生机器鱼—RoboTuna，由此开创了机器鱼由理论到　　工程实践的先河， 对以后的研究有着指导意义，之

后又成功研制了它的改进版 RoboPike 和最高版VCUUV［5］，美国东北大学海洋科学中心研制的梭状机器鱼，在水中位置可以穿梭游动［6］。 此外，日本东海大学的 Kato 等科研人员研制出了不同种类完

全依靠胸鳍推进的人工胸鳍黑鲈［7］，日本运输省船舶技术所研制出 PF-550 型机器鱼，可以实现背腹式和横向摆动两种推进方式自由切换， 从而实现机器鱼简单意义的上浮、下潜运动，而且率先采用

的多模块设计思想， 为以后的控制和维修带来了

方便［8］。国内在仿生机器鱼方面的研究开展得相对较晚，且初期研究大多集中在鱼类推进理论上。 中国科技大学的程健宇和童秉纲提出了三维波动板理论在国际上得到鱼类生物力学界广泛认同 ［9］；哈尔

滨工业大学之后开展了水下机器人仿鱼鳍推进理论研究，建立利用弹性组件提高驱动效率的实验平台； 北航机器人研究所进行了仿生机器鱼功率参数、速度测定实验鱼体流动显示实验以及鱼体运动阻力测定等实验，获得了机器鱼游动的相关参数和

重要结果， 并研制出了国内第一条可用于实际应用的 SPC-Ⅱ仿生机器鱼［10］。 中科院的桑海泉等提出了一种多机器鱼巡逻算法，给出了基于行为的控制结构［11］。　　在以上研究的基础上，研制了一款可实现三维自由运动的自主视觉机器鱼， 并为其安装压力、温度、数字定位等不同的传感器，根据鱼类的运动特性开发出了多种运动模态，使其在水环境下能够自主识别和决定自己的运动方式，并且在必要时能够很好地接受人工控制。