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传统的螺旋桨水下推进器在转速较高时,产生的气穴空化现象会导致叶片磨损和效率下降,推进效率只有40%—60%。相比之下,仿生推进器在运动时,其推进效率高、扰动小和灵活性高,使仿生推进器的研究成为现代机器人的重要发展趋势。现有仿生推进器的内部传动结构较为复杂,使其运动控制策略变得困难,影响了仿生推进器的推进速度和机动性。所以,本文设计了一种新型的双鱼尾式仿生机器鱼,内部采用简单的无急回曲柄摇杆机构,通过双鱼尾与胸鳍的配合,可实现直线游动、左右转弯、上浮和下潜五种游姿,水下实验表明,仿生鱼具有良好的游速和机动性。本文的主要研究内容如下:1.设计了一种新型的双鱼尾式仿生机器鱼。分析比较了现有仿生鱼内部传动机构的优缺点,提出了两种内部传动机构方案,并选着了最优的曲柄摇杆传动方案。根据内部传动方案,设计了双鱼尾式驱动机构,分析了尾鳍直线运动、上浮和下潜的运动状态;设计了仿蛙式双胸鳍结构辅助仿生鱼运动,分析了胸鳍左右转弯、上浮和下潜的辅助运动状态。最终,设计了仿生鱼的动力单元、通讯单元、控制单元、定位单元以及其他机械结构,完成原理样机设计。2.无急回曲柄摇杆机构的设计与仿真。建立了传动机构的数学模型,对传动机构进行了计算机辅助优化设计,求解出了无急回传动机构最小传动角的最优值,并用MATLAB/Simulink软件进行了运动仿真。3.分析了尾鳍形状与尾流结构对仿生鱼推进效率的影响,其次,对尾鳍在水下摆动进行了受力分析,通过运动数学建模,分析了尾鳍的运动轨迹。将仿生鱼模型导入Adams软件进行仿真,得出了仿生鱼在直线、转弯和上浮下潜时的运动规律。4.设计了一种基于GPS/BDS双模水下定位系统。利用了中值滤波和卡尔曼滤波相结合的数据处理算法,水下定位实验表明,双模定位系统的定位精度明显高于单模定位系统的定位精度。5.分析了仿生鱼直线游动、左右转弯、上浮和下潜五种游姿状态,并为各种游姿设置了控制策略;同时设计了仿生鱼的控制系统,该系统选择用单片机SC89F5162芯片控制两个电机驱动模块L298N,两个电机驱动模块分别控制上下尾鳍和左右胸鳍的电机。6.对仿生鱼进行了水下样机实验。通过仿生鱼内的双模定位系统采集实验定位数据,拟合成了仿生鱼游动路线。水下实验表明,当仿生鱼胸鳍和尾鳍的摆动频率为3Hz时,游速可达到0.98m/s,转弯半径为0.34m,验证了仿生鱼具有良好的游速和机动性。