仿生机器鱼作为水下航行器的一种，有着巨大的应用价值，特别是在海洋生物观察、水下探险，甚至军事侦查等方面应用前景非常广泛，因此成为水下航行机器人领域的研究热点。而鯵科鱼类采用身体/尾鳍推进模式（body and/or caudal fin,BCF）具有卓越水下运动能力，具有很高的仿生研究价值。但传统的多机械关节串并联结构式仿生机器鱼推进效率较低，并且机械关节越多能量传动损失越多，机械设计以及控制算法也越复杂。而柔性体具有无穷多自由度，并且输入其中的能量通过弹性和惯性存储并由粘性耗散，所以如果能够设计一个柔性的推进装置复现鱼体的复杂运动，那么该装置相比多关节串并联机构将具有更突出的优势。　　针对上述问题，本课题依据国家自然科学基金“基于模态分析的柔性仿生鱼推进机理研究”项目开展对鯵科鱼类的仿生研究，本研究拟通过利用流固耦合系统的柔性体来改善柔性仿生鱼的推进性能，并探讨柔性尾鳍的参数对推进速度和推进效率的影响，综合优化出鱼体高效率推进时尾鳍的参数集。本项目主要对以下几项内容进行了探索和研究：　　(1)研究鯵科鱼类的推进机理，探索分析鱼体各部位结构对鱼类推进速度以及推进效率的影响，并研究尾鳍在推进过程中的作用为仿生机器鱼鱼体结构的设计奠定基础。　　（2）以鯵科鲤鱼为仿生对象，参考实际鲤鱼测量鱼体外形各项参数，并依据此参数设计单关节身体/尾鳍摆动的鱼体结构。利用SolidWorks绘图软件绘制鱼体各部位三维模型，并利用3D快速成型技术打印鱼体结构。将鱼体前2/3部分设置为刚性结构，鱼体后1/3部分使用模具灌注一定硬度的硅胶设计为柔性结构。将尾鳍设置为柔性和刚性混合结构并设计为不同的展弦比。　　（3）针对仿生机器鱼的运动特点，利用一对磁钢和空心线圈设计了尾鳍摆动推进结构，并设计以X281xDSP为主控芯片的硬件电路输出两路PWM信号方波，通过控制PWM信号的周期及占空比等参数调节空心线圈中电流的大小和方向，实现模拟鲤鱼尾鳍的摆动运动的目的。　　（4）设计了基于 X281xDSP主控芯片的控制软件 C算法程序，实现输出两路独立PWM波，并在中断服务程序中按照一定频率切换或者修改PWM波的周期和占空比，然后接受PC上位机的指令修改系统参数，最后将当前系统的参数通过SCI串口发送给上位机。　　（5）依据数据传输速度和数据量等要求，利用VISA串口模块开发了基于LabVIEW的上位机程序，实现PC和机器鱼系统之间的数据传输。　　（6）搭建了基于图像处理的鱼体推进性能测试平台，并开发了一种改进的图像目标跟踪算法实现机器鱼在水下运动时准确目标跟踪，然后通过摄像机标定计算机器鱼游动速度。最后研究鱼体游动速度与尾鳍展弦比、摆动频率以及系统功耗之间的关系曲线。　　综上所述，本项目通过研究鯵科鱼类推进机理，以鯵科鲤鱼为仿生对象，以提高机器鱼推进效率为目的，设计了一种柔性体尾鳍结构的仿生机器鱼。通过探索仿生机器鱼推进速度与尾鳍展弦比、摆动频率、尾鳍模态分布等曲线关系，优化出一个实现鱼体高效推进的尾鳍参数集，为开发高速、高效率、高机动性仿生摆动推进器进行的理论基础与实践方面的有益探索。相关实验表明，尾鳍摆动频率是影响鱼体推进效率的最大因素，提高摆动频率会增大推进速度，但达到一定频率后又会降低推进效率增大功耗；而在输入功率一定时，尾鳍的展弦比越大机器鱼推进速度越大，而展弦比越大尾鳍形状就越趋近于月牙形状；尾鳍的模态也影响机器鱼推进速度，合适的模态分布也有利于提升机器鱼的推进效率。