作为探索海洋的一种高科技工具,水下机器人在开发和利用海洋这块人类未来最现实的可发展空间中具有重要的作用。鱼类非凡的水中运动能力为水下航行器的设计提供了有益的借鉴。采用仿生学原理,以鱼类推进方式为参照开发的仿生机器鱼,因其高效、高机动性、低噪音以及对环境扰动小的优点而被广泛应用于海洋生物观测、水下军事侦察、水下考古、管道检测、水环境状态监测等领域。本文以箱魨科木瓜鱼为仿生对象,设计了一款二自由度胸鳍和单关节尾鳍协同驱动的仿生机器鱼,分析了其直游、倒退、转弯和停车模式的推进机理,具体内容如下:(1)完成了仿生机器鱼推进机构设计。通过对现有刚性胸鳍推进机构的分析,以及对实现拍翼及摇翼运动典型机械转动装置的归纳,以能够单独实现拍翼运动、摇翼运动,以及两者的复合运动为目标,设计了二自由度胸鳍推进机构;进而根据形态仿生以及水动力学对鱼体的要求,设计了仿生机器鱼的外壳;最后设计了仿生机器鱼的尾鳍推进机构。(2)分析了仿生机器鱼的推进机理。利用流体力学理论建立了二自由度胸鳍和单关节尾鳍的水动力学模型,分析了仿生机器鱼直游、倒游、转弯和停车的游动机理,建立了仿生机器鱼各运动模态的动力学方程,通过数值方法确定了仿生机器鱼各运动模态的运动性能参数,从而为所设计仿生机器鱼的实体实验提供了理论依据。(3)通过实体实验,对理论分析结果进行了验证。完成了所设计仿生机器鱼机械构件的加工、控制系统软硬件的设计与调试;搭建了样机实验平台,使之具备实验条件;最后利用实验平台,对理论分析结果进行验证,并最终确定了仿生机器鱼的游动模态。