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以鲹科鱼类为代表的尾鳍摆动推进模式对于水下仿生推进器研制具有相当重要的参考价值。本文以“鲫鱼”为仿生实验对象,观测实验样本在不同水流环境中的游动姿态及模式切换获取生物启示,对现有的推进装置提出模式切换的控制思路,围绕运动控制分析、调节算法设计、调节性能优化以及实验验证等几个方面展开研究,主要工作和研究成果包括:1、从仿生学角度,建立水流环境可调节的观测实验装置系统,设置不同水流环境进行仿生对象运动学观测,提取了变水速环境中的运动学特征参数。实验观测现象表明仿生对象在不同水流中存在不同模式的游动行为;运动学参数验证了观测实验中得到的结果;实验观测现象与实验数据表明鱼类在不同的水流中存在适应性的调节行为,并且该调节过程是连续及柔顺的,为研究机器鱼在复杂水流环境中的模式切换提供了仿生学依据。2、针对来自鱼类的柔顺模式切换的生物启示,分析了现有装置中存在的模式切换过程中的跳变缺点,以四关节机器鱼为例,建立正向及逆向运动学求解模型,从正向运动控制角度与逆向运动控制角度,提出相应的模式切换保持波形、驱动信号连续的控制调节算法;通过仿真算例验证了两种思路的可行性,为多关节机器鱼的调节摆动奠定了基础。3、从生物神经运动学角度,提出了一种基于Hopf振荡器的仿生神经网络,实现了对仿生多关节尾摆机器鱼的运动学控制。Hopf振荡器模型具有连接关系简单、易于工程应用的特点,并能满足模式切换时连续、光滑过渡;分析了该模型中参数对于切换速度的影响;根据鱼类的生理机构特点,以单个振荡器为单元,构建了多振荡器耦合的简化的神经运动控制网络,研究了鱼类执行前进过程中尾鳍摆动、胸鳍摆动、胸鳍——尾鳍摆动协同的控制信号。仿真结果表明,以振荡器为单元的仿生神经网络能够产生模式切换时需要的连续、光滑的驱动信号。4、利用自行研制的多关节仿尾鳍实验装置,与设计的四关节机器鱼,开展了仿生机器鱼的模式连续性切换的验证实验与仿真实验。从波形及驱动信号层面、仿生神经网络控制层面验证了所提的调节算法的有效性。实验表明,调节算法能够有效的解决模式调节过程中,关节跳变的现象。上述工作和成果在机器鱼适应复杂环境变化的行为模式切换控制的研究方面开展了有益探索,为实现机器鱼感知环境、自主连续柔顺切换奠定了基础。