机械工程师
MECHANICAL ENGINEER
气动式仿生机器鱼的设计与研究
褚淑琪，付宗国
（浙江海洋大学船舶与机电工程学院.浙江舟山316022）
摘要：仿生机器鱼已广泛应用于海洋领域，在探测水中污染物，绘制河水3D污染图等方面有着重要作用。但传统的仿生机器鱼一般采用电动马达驱动为主，也有记忆合金驱动式的。文中设计了一种气体驱动式的仿生鱼，我们从生物鱼游动的特性以及其鱼体各部位的作用汲取灵感，同时又针对传统设计带来的噪声、易被发现等问题，设计了靠气体驱动为主的仿生机器鱼。通过碳酸钙在热作用下产生的二氧化碳作为气体驱动，除了主排气管外还有辅排气管。该仿生机器鱼具有噪声小、易于
隐蔽和伪装等功能，且利用太阳能和水体的压力进行自发电，从而减小对外界电能的依赖，提高续航的能力。关键词：气体驱动；仿生鱼；排气管；鱼鳍
中图分类号：S932.92 0引言
文献标志码：A
仿鱼形的机器鱼已在各国进行广泛的研制，可以用来检测水下的污染源或者其它异状，这可以用来观测水下世界或者是生物种群。
多数仿生鱼都是采用电动马达来驱动的，因电动马达与连杆的驱动比较快速，但会产生振动噪声，容易被捕提，也不容易被鱼群接受。本文研究设计了一种主要依靠气体来驱动上下前后活动的水下鱼形仿生机器鱼。该新型仿生机器鱼不仅能弥补传统电动驱动式(-的缺陷，且具有无噪声、无污染、易驱动等特点，还能更好地应用于军事侦测、海洋探索等领域。
1
鱼生物体结构
鱼身体呈流线型中间大两头小，身体表面覆盖鳞片
用于保护身体；鳞片表面有一层黏液，游泳时可减小水的阻力；身体两侧有一行侧线，侧线和神经相连，主要是为测定方向和感知水流的作用；鱼的身体长有胸鳍、背鳍，腹鳍和尾鳍，是鱼在水中的运动器官：胸鳍的功能是配合尾鳍控制鱼体稳定，有游动、变换方向和调整游速的作用：背错是维持鱼体直立和防止倾斜的平衡器官：腹鳍的功能是协助背鳍维持鱼体的平衡、协助鱼体升降和转向作用：民鳍是鱼游动的能，主要用来进行游泳和掌握转向的用途；此外，鱼体内有，主要作用是调节身体的比重，繁在鳍的协同下，可以使鱼停留在不司深度的水层里。
2仿生鱼的设计 2.1总体设计
基于鱼类的游动特性，本文设计的仿生机器鱼，包括仿鱼形的本体及鱼身，鱼身的一端设有鱼头，另外一端设有尾鳍，鱼身靠近鱼头的两侧均接有胸鳍，同时鱼身的上方设有背鳍，鱼身的下方设有气腔，气腔的下端贯穿鱼身，气腔中装有气囊，气腔的下端和鱼身之间设有橡胶密封层，气囊内部设置有若干碳酸钙颗粒和加热丝，鱼身内设有供电源，面供电源上安装有控制器。具体鱼体设计如图1、图2所示，
80 万方数据
文章编号：1002-2333(2017)07-0080-03 加热型
3主用能时片
电信服
在陈气
周越医建气者图1
副面声纳
光学传感器
图2
2.2结构设计
需制用
在角身的上部和背鳍上均设有太阳能片，太阳能片与供电源相连。可以选用太阳能电池板或者是薄膜太阳能电池，利用太阳能片进行太阳能发电，给仿生鱼中的附带设备进行供电，节能环保。
而鱼身上部的信号接收器用于接收外部的信号，然后把信号传递给控制器，通过控制器控制控制阀1、控制阀2、摄像头、控制阀3以及加热丝工作或者不工作。此外，鱼头上装有一对摄像头，摄像头与控制器采用电路连接。控制器起到开关的作用控制摄像头工作或者不工作，用于观察水面和水下的情况，起很好的监视作用。在鱼头的两侧装有深水换能器，可以把水的压力转变为电能储存到供电源（即蓄电池)中。尾鳍通过连接接在鱼身的端，气囊上设有主排气管，又分为左排气管和右排气管左排气管通过鱼身向后延伸到尾鳍并且左排气管的排气口位于尾鳍的左侧，当左排气管排气时尾鳍向右摆动，而
2017年第7期网址：www.jxgc8.com电邮；hrbengineer@163.com