水下機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（一） 1每 周 總 結(jié) 2 一 、 魚(yú) 類(lèi) 在 水 中 推 進(jìn) 模 式 的 分 類(lèi)關(guān) 于 魚(yú) 類(lèi) 推 進(jìn) 模 式 較 為 權(quán) 威 的 分 類(lèi) 是 根 據(jù) 魚(yú) 類(lèi) 推 進(jìn) 器 官 的 不 同 分 為 身 體 /尾 鰭 推 進(jìn) 模 式 （ body and/or caudal fin： BCF） 和 中 央 鰭 /對(duì) 鰭 推 進(jìn) 模 式 （median and/or pair fin： MPF） 兩 大 類(lèi) 。 身 體 /尾 鰭 推 進(jìn) 模 式 （ BCF模 式 ）主 要 是 借 助 身 體 波 動(dòng) 運(yùn) 動(dòng) 或 尾 鰭 擺 動(dòng) 運(yùn) 動(dòng) 產(chǎn) 生 推 進(jìn) 力 ， 包 括 鰻 鱺 模 式 、 鲹 科 模 式 、 鮪 科 模 式 及 箱 鲀 科 模 式 等 （ 如 圖 （ a） 所 示 ） 。 3中 央 鰭 /對(duì) 鰭 推 進(jìn) 模 式 （ MPF模 式 ） 主 要 是 借 助 尾 鰭 以 外 的 其 它 鰭 的 運(yùn) 動(dòng)產(chǎn) 生 推 進(jìn) 力 ， 根 據(jù) 鰭 運(yùn) 動(dòng) 方 式 的 不 同 ， MPF 模 式 又 分 為 擺 動(dòng) 鰭 方 式 和 波動(dòng) 鰭 方 式 。 采 用 擺 動(dòng) 鰭 推 進(jìn) 模 式 的 魚(yú) 類(lèi) 包 括 頭 魚(yú) 科 和 鲀 科 等 。 采 用 波 動(dòng) 鰭推 進(jìn) 模 式 的 魚(yú) 類(lèi) 包 括 鰩 科 刺 鲀 科 弓 鰭 目 、 裸 背 鰻 屬 和 鱗 鲀 科 等 （ 如 圖 （ b） 所 示 ） 。 一 、 魚(yú) 類(lèi) 在 水 中 推 進(jìn) 模 式 的 分 類(lèi) 4 身 體 /尾 鰭 推 進(jìn) 模 式 （ BCF 模 式 ） 普 遍 被 認(rèn) 為 優(yōu) 于 其 它 推 進(jìn) 模 式 ， 尤 其是 鮪 科 模 式 被 認(rèn) 為 是 迄 今 水 生 環(huán) 境 演 化 的 最 有 效 的 推 進(jìn) 模 式 。 從 加 速 性 、巡 航 性 和 操 縱 性 等 方 面 來(lái) 衡 量 推 進(jìn) 性 能 ， 各 種 推 進(jìn) 模 式 總 會(huì) 在 某 些 方 面 表現(xiàn) 出 優(yōu) 異 的 性 能 ， 而 在 其 它 方 面 性 能 欠 佳 。 例 如 BCF 模 式 中 的 鲹 科 模 式 和鮪 科 模 式 雖 然 在 平 靜 水 中 高 速 游 動(dòng) 時(shí) 性 能 優(yōu) 越 ， 但 在 低 速 游 動(dòng) 、 轉(zhuǎn) 彎 機(jī) 動(dòng)、 迅 速 加 速 及 紊 流 環(huán) 境 下 的 狀 態(tài) 保 持 等 情 況 下 則 尤 其 低 效 。 中 央 鰭 /對(duì) 鰭 推 進(jìn) 模 式 （ MPF模 式 ） 中 的 波 動(dòng) 鰭 推 進(jìn) 模 式 通 常 被 許 多 魚(yú)類(lèi) 用 于 輔 助 推 進(jìn) ， 如 機(jī) 動(dòng) 性 與 穩(wěn) 定 性 控 制 等 ， 但 它 也 能 夠 產(chǎn) 生 足 夠 的 推 力從 而 作 為 穩(wěn) 態(tài) 巡 游 的 唯 一 推 進(jìn) 方 式 。 盡 管 波 動(dòng) 鰭 推 進(jìn) 模 式 在 高 速 推 進(jìn) 中 略遜 一 籌 ， 但 它 集 較 高 的 推 進(jìn) 效 率 、 優(yōu) 良 的 機(jī) 動(dòng) 性 及 穩(wěn) 定 性 于 一 體 ， 不 僅 適于 遠(yuǎn) 程 航 行 推 進(jìn) ， 而 且 在 低 速 條 件 下 具 有 靈 活 機(jī) 動(dòng) 與 抗 擾 動(dòng) 能 力 強(qiáng) 等 特 點(diǎn)。 二 、 兩 種 不 同 推 進(jìn) 方 式 的 優(yōu) 缺 點(diǎn) 5 三 、 幾 種 典 型 的 AUV結(jié) 構(gòu) 裝 備 四 個(gè) 對(duì) 稱(chēng) 布 置 的 撲 翼 推 進(jìn) 裝 置 ，每 個(gè) 推 進(jìn) 裝 置 由 兩 個(gè) 直 流 電 機(jī) 帶 動(dòng) 撲翼 做 兩 自 由 度 的 正 弦 擺 動(dòng) 從 而 實(shí) 現(xiàn) 撲翼 的 劃 水 動(dòng) 作 。 （ MIT海 洋 工 程 系 研制 的 Flapping foil AUV）采 用 仿 生 柔 性 長(zhǎng) 鰭 結(jié) 構(gòu) 與 功 能 仿 生 波動(dòng) 鰭 作 為 推 進(jìn) 器 ， 仿 生 波 動(dòng) 鰭 由 柔 性鰭 面 和 波 動(dòng) 致 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 兩 部 分 構(gòu) 成 。 （國(guó) 防 科 技 大 學(xué) 研 制 的 仿 生 水 下 機(jī) 器 人模 型 ） 6 三 、 幾 種 典 型 的 AUV結(jié) 構(gòu) 游 動(dòng) 時(shí) ， 利 用 六 個(gè) 單 自 由 度 震 動(dòng) 鰭 拍動(dòng) 控 制 自 身 速 度 和 姿 態(tài) 。 每 個(gè) 振 動(dòng) 鰭單 獨(dú) 控 制 ， 可 以 實(shí) 現(xiàn) 縱 蕩 、 升 沉 、 縱搖 ， 橫 搖 和 首 搖 。 （ 麥 吉 爾 大 學(xué) 等 聯(lián)合 研 制 的 兩 起 機(jī) 器 人 AQUA）裝 備 四 個(gè) 對(duì) 稱(chēng) 布 置 的 鰭 ， 每 個(gè) 鰭 有 兩個(gè) 自 由 度 ， 分 別 由 兩 個(gè) 舵 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) ， 各個(gè) 鰭 可 以 靈 活 調(diào) 整 推 進(jìn) 方 向 ， 能 夠 靈活 的 完 成 上 浮 、 下 潛 、 翻 滾 和 盤(pán) 旋 等動(dòng) 作 。 （ Nekton公 司 的 機(jī) 器 龜 ） 7采 用 三 個(gè) 噴 口 分 布 在 兩 個(gè) 側(cè) 翼 及 尾 部 ，在 水 平 面 上 呈 三 角 形 布 置 ， 可 以 完 成 水下 機(jī) 器 人 所 需 要 實(shí) 現(xiàn) 的 各 種 自 由 度 的 運(yùn)動(dòng) 。 （ 國(guó) 防 科 大 研 制 ） 三 、 幾 種 典 型 的 AUV結(jié) 構(gòu) 配 備 四 個(gè) 大 功 率 無(wú) 刷 推 進(jìn) 器 ， 兩 個(gè) 用 于AUV的 升 降 控 制 ， 兩 個(gè) 用 于 AUV的 前 后推 進(jìn) 控 制 （ 羅 博 飛 公 司 研 制 ） 8