鱼类以其快速、高效、机动性好等近乎完美的游动特性引起了仿生学者的广泛关注,人们希望研制出类似于鱼类的高游动特性的水下机器人以用于海洋勘探、水中营救等场合。研究人员从鱼类的推进模式、推进机理、机器鱼结构及鱼体刚度等方面进行了深入研究,而对鱼体刚度的研究是一个新兴方向,在这方面已有重要结论:鱼类通过调节自身刚度使摆动频率与固有频率相匹配以获得较高的游动特性,基于此结论本文设计了一种可变刚度的柔性仿生鱼,以进一步研究鱼体固有频率与游动特性的关系。本文建立了基于粘弹性材料的变刚度柔性仿生鱼模型,提出了通过改变鱼尾内气室中气压的方式来实现鱼尾变刚度的观点,建立了柔性鱼尾的物理模型和数学模型,使用欧拉伯努利梁理论对鱼尾模型进行了弯曲振动分析,得到了弯曲固有频率的表达式,给出了气压调节变刚度机理,并用ANSYS/Workbench有限元分析软件进行了有限元分析,求得了不同气压下固有频率的数值解,理论分析结果表明固有频率与气压呈非线性关系,根据以上理论分析给出了两种变刚度方案:改变气压和尾鳍的弹性模量来实现鱼体的变刚度。基于此仿生鱼模型,本文设计制造了一种变刚度柔性仿生鱼,本仿生鱼能通过调节气压实现鱼体的变刚度,仿生鱼的鱼头及鱼尾部分分别设计为刚性体和柔性体,柔性鱼尾用硅胶在模具中浇注而成,鱼头用3D打印技术加工,二者使用连接件连接;针对柔性鱼尾的摆动运动设计了绳传动机构,在鱼体配重方面提出了基于“不倒翁原理”的配重方法,本方法可保证鱼体在游动时也保持平衡状态。通过实验研究了鱼体刚度与游动特性的关系,同时验证了理论分析的正确性。实验研究的方法为:考察不同固有频率和刚度尾鳍的鱼体在各驱动频率下的游动特性;本实验系统主要由变刚度柔性仿生鱼、有位移刻度的静水环境、充气/测压装置、视频摄像机等组成。实验结果表明增大鱼体固有频率可以提高游动特性,具有柔性尾鳍的机器鱼的游动特性好于刚性尾鳍;同时得到了以下结论:鱼体的整体刚度和局部刚度对游动特性都有影响,增大整体刚度能提高鱼体的游动特性,在此基础上合理分配其局部刚度可以最大限度的提高游动特性的增大量。