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机器鱼的创新设计

学院：机械与汽车工程学院

班级：机制075

姓名：

学号

指导老师

成绩：

日期：2010.11.19

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机器鱼的创新设计

鱼类所具有的高超的游泳技巧、灵敏的感觉为人类解决许多实际问题提供了

很好的思路。

一．鱼类具有以下特征：

特征一：鱼类运动的高效率

鱼类能够在持久游速下保持低能耗、高效率，也可以在拉力游速或爆发游速

下实现高机动性。依靠尾和鳍的协调摆动，普通鱼类的游动推动进效率可达80%

以上，鲐科鱼类的推进效率超过90%，而普通船舶推进器的平均效率只有

40%~50%de具有极高运动效率的同时，鱼类还具有极高的游速，贡鳍鱼鲔鱼的

速度可达40节，接近每小时80km以上；而梭子鱼、白斑狗鱼更可以用20倍于

重力加速度迅速起动来掠取猎物。

特征二：鱼类运动的高机动性

相比于人类制造的船舶，鱼类在运动的机动性上也非常突出。鱼类可迅速地以只

有10%~30%体长距离为转弯半径来变换方向，且不需减速；而一般船舶需以3~5

倍体长的半径缓慢地回转。鱼类这些高超的游泳本领给你们无限的启迪。人类早

期以摇橹的方式来行船就是模仿鱼类尾部的摆动方式。

在追求高机动性、高速度、高效、节能的目标下，鱼类的这种水下推进方式

可能给未来航行推进技术带来巨大的变革。

特征三鱼类运动的低噪声

鱼类游动时发出的噪声同螺旋桨驱动的船舶相比较显得非常微弱。这与鱼类

独特运动驱动系统密切相关。鱼类通过肌肉的收缩、扩张带动身体和尾部运动，

通过对身体各部分的协调控制使运动过程身体与水的摩擦减低到很小，将运动时

发出的噪声降低。鱼类这些特点为开发新型的低噪声驱动装置提供了很好的思

路。

二．机器鱼研究的目的

机器鱼的研究、开发就是探讨就是要探讨鱼类高速、高效、灵活机动游动的

秘密，鱼类灵敏的感觉器官的结构和感知信息的处理机理，并结合必威体育精装版的科技成

果研制开发出高效、高机动性、智能化的水下作业机器人系统、水下运载器，用

以解决为类工作、生活中所面临的具体问题。机器鱼也许不一定长得和鱼一样，

但应该具有鱼类的一些功能特征，并能够帮助人们解决一些实际问题。

三．机器鱼浮潜机构的设计

根据鱼类的运动原理，本文讨论用储水舱法来实现机器鱼的浮潜。该方法的

基本原理是：在机器鱼体内安装一个储水舱，并为其配备一个水泵，利用储水舱

内的水的多少，鹿茸机器鱼身体重力和浮力之间的关系，实现机器鱼的上浮下潜

运动，其原理相当于鱼类体内的鳔。当储水舱充水，重力大浮力时，机器鱼依靠

重力的作用向下运动，实现潜水，且差别越大，下潜速度越大；当储水舱排水，

重力小于浮力时，机器鱼上浮；当重力与浮力差别较小时，机器鱼可基本实现匀

速浮潜或水下悬浮。这种方法利用了鱼类体内鳔的工作原理，调节自身重力，实

现浮潜运动。

四．机器鱼的驱动系统

本文设计的机器鱼由SMA驱动，SMA是形状记忆合金的英文缩写，这是一种

具有着特殊性能的材料。当形状记忆合金遇热升温，形状就会发生变化；而当其

在当其在逐渐冷却后，形状记忆合金就会恢复至原来的形状。利用形状记忆合金

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这一特性开发的驱动器