盐湖环境中机器鱼群体的协调合作控制

风靡全球

盐湖环境中机器鱼群体的协调合作控制

国内外研究现状

近年来随着工程技术科学及生物科学的发展兴起了仿生机器人的研究热潮。 仿生机器鱼是参照鱼类游动的推进机理，由机械零件、电子元器件及智能材料组装而成的水下推进运动装置。描述其游动机理的动力学和运动学模型能揭示鱼类以涡旋方式游弋的奥秘。

作为新兴研究领域，多仿生机器鱼系统（属于群机器人研究的子项目）的研究业已引起国内外很多研究者的关注。对于机器鱼个体无法独立完成的复杂或不确定任务，可采用多机器鱼协调来完成。目前，国内外在多机器鱼协调方面的研究尚处于起步阶段，相关的研究还很少。多机器鱼协调系统的建立，不仅可以继承群机器人系统的诸多优点，而且可以逐渐揭示或验证鱼类复杂的群体行为，将在海洋探测、太空探险、国土防御等领域发挥重要作用。

仿生机器鱼的研究历经了基础理论研究和机器鱼样机研制两个阶段。其典型事例有：Triantafyllou 教授等人研制的世界上第一条真正意义上的仿生金枪鱼Robotuna；胡豁生教授等人研制的世界第一条具有自主控制能力的机器鱼等。与此先后，世界上的各科技强国将以鱼类推进模式游弋的机器鱼视为未来水下运载器的主攻方向而展开广泛及深入的研究。这就要求机器鱼须有很高的智能.

从二十世纪九十年代至今，国内外已相继提出了形式多样的有关仿生机器鱼的设计及其控制方案，并开始研发仿生机器鱼样机。仿生机器鱼的理论及技术研究涵盖诸多学科的交叉，涉及的主要学科有：仿生学、流体动力学、自动控制科学、材料科学、机械电子学等。由于描述机器鱼游动机理的运动学模型尚不成熟，能借鉴的研发经验还很少，要实现机器鱼的设计制造及控制有相当难度.

目前，国内外的科研机构偏重于个体机器鱼的研究，还处于起步阶段，有关多机器鱼研究的成功案例较少。在我国，由于机器鱼的研究起步较国外科技发达国家更晚，相应的研究机构也很少，综合各方面因素的制约，使得有关鱼类推进机理及机器鱼的研发与国外的同类研究相比而言严重滞后并有相当差距，呈现为以下特点：

（1）偏重于复杂的水动力学模型分析等的局部目标展开基础理论和应用技术的研究工作，尚未与鱼类的推进机理很好地结合；

（2）机器鱼样机结构简单、外形简陋、综合性能较低；

（3）仿鱼推进技术、传感技术和控制技术的融合及集成技术处于起步阶段，机器鱼样机的智能程度较低；

（4）控制问题研究的较少,  机器鱼的运动控制和多机器鱼的协调控制研究国内基本上是空白[152]。

综上所述，从事多仿生机器鱼系统的研究，存在着巨大的创新空间，这为研究者在理论、技术与应用上取得一批原创性和突破性的研究成果提供了很好的机遇。

' Y/ H7 r- X' k& L+ D8 c- ]+ O