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由于水环境的恶劣性、复杂性、高度的腐蚀性、强压力和对传感器的不透明性，这使得水环境下的作业任务发生了很大变化，一般的潜水技术已无法适应现代高深度综合考察、研究以及完成各种作业和应用的需要。鱼类经过长期的自然选择，进化出性能完备的游动机能和器官，为人类研制新型水下推进控制系统提供了模仿对象。本书就机器鱼的仿生原理、动态建模以及设计，并就机器鱼的控制策略以及机器鱼群的协同调度进行了深入的探讨。可广泛应用于军事领域、海洋探险、水下考古以及娱乐领域。

目    录
第1章  绪论	（1）
1.1  仿生机器鱼研究的背景	（1）
1.2  仿生机器鱼的发展与现状	（4）
1.2.1  仿生机器鱼系统研制	（5）
1.2.2  仿生机器鱼推进机理研究	（11）
1.2.3  仿生机器鱼控制方法研究	（12）
1.2.4  多仿生机器鱼协调与协作研究	（13）
1.3  仿生机器鱼的研究内容	（15）
1.4  本书的主要工作及组织结构	（16）
1.5  小结	（17）
参考文献	（17）
第2章  鱼类游动机理	（23）
2.1  引言	（23）
2.2  鱼类鱼鳍描述	（24）
2.3  鱼类推进模式	（25）
2.4  鲹科模式推进机理	（27）
2.5  小结	（29）
参考文献	（29）
第3章  仿生机器鱼动态建模	（31）
3.1  引言	（31）
3.2  仿生机器鱼运动学模型	（31）
3.2.1  尾鳍的运动学模型	（31）
3.2.2  机器鱼运动学模型	（32）
3.3  仿生机器鱼动力学建模	（34）
3.3.1  仿生机器鱼受力分析	（34）
3.3.2  仿生机器鱼动力学模型	（35）
3.3.3  仿真及实验验证	（41）
3.4  仿生机器鱼能耗建模	（48）
3.4.1  仿生机器鱼能耗分析	（48）
3.4.2  能耗测量主要技术手段	（49）
3.4.3  仿生机器鱼能耗模型	（52）
3.5  小结	（62）
参考文献	（62）
第4章  仿生机器鱼机总体设计	（66）
4.1  引言	（66）
4.2  仿生机器鱼总体方案设计	（66）
4.3  仿生机器鱼机械结构设计	（68）
4.3.1  现有机器鱼机构比较和分析	（68）
4.3.2  机器鱼鱼体设计	（70）
4.3.3  机器鱼尾鳍设计	（71）
4.3.4  机器鱼重心调节	（72）
4.3.5  机器鱼制作	（73）
4.4  仿生机器鱼硬件设计	（75）
4.4.1  主控制模块	（77）
4.4.2  运动模块	（80）
4.4.3  感知模块	（84）
4.4.4  无线通信模块	（85）
4.4.5  供电模块	（86）
4.5  仿生机器鱼软件设计	（89）
4.5.1  机器鱼软件设计	（89）
4.5.2  上位机软件设计	（104）
4.6  机器鱼的典型应用	（107）
4.6.1  机器鱼在水环境监测中的应用	（107）
4.6.2  盐湖环境的多机器鱼应用	（114）
4.7  小结	（115）
参考文献	（115）
第5章  仿生机器鱼运动控制策略	（120）
5.1  引言	（120）
5.2  仿生机器鱼的基本运动控制方法	（121）
5.2.1  速度控制方法	（121）
5.2.2  游动方向控制方法	（122）
5.2.3  点到点控制方法	（122）
5.3  仿生机器鱼的运动控制方法	（123）
5.3.1  基于PID的控制方法	（123）
5.3.2  基于模糊的控制方法	（126）
5.3.3  基于智能算法的控制方法	（130）
5.3.4  基于能量考虑运动控制方法	（134）
5.4  小结	（138）
参考文献	（138）
第6章  多机器鱼协调与协作技术	（142）
6.1  引言	（142）
6.2  机器鱼节点模型	（143）
6.2.1  感知模型	（143）
6.2.2  通信模型	（146）
6.2.3  运动模型	（147）
6.3  多仿生机器鱼能量有效的任务分配	（147）
6.3.1  粒子群优化算法	（148）
6.3.2  任务分配数学描述	（151）
6.3.3  仿真实验	（153）
6.4  基于Bezier曲线的多仿生机器鱼路径跟踪	（156）
6.4.1  Bezier曲线	（156）
6.4.2  Bezier曲线路径跟踪	（157）
6.4.3  实验结果与分析	（159）
6.5  基于虚拟力的多机器鱼群避碰避障	（160）
6.5.1  人工势场法	（160）
6.5.2  机器鱼虚拟力分析	（160）
6.5.3  仿真实验	（163）
6.6  多机器鱼能量有效的目标跟踪	（166）
6.6.1  目标运动模型	（166）
6.6.2  测量模型	（167）
6.6.3  机器鱼调度算法设计	（167）
6.6.4  仿真实验	（169）
6.7  多机器鱼编队控制	（173）
6.7.1  队形控制	（173）
6.7.2  任务描述	（176）
6.7.3  一致性编队算法	（179）
6.7.4  仿真与实验	（179）
6.8  小结	（181）
参考文献	（182）

随着人类社会的急速发展，占地球大部分表面积的海洋自身蕴含着丰富的食物、矿产等资源促使人类不断探索和开发海洋。为了充分利用海洋资源，各种船只、潜水艇及水下机器人等被广泛地使用和设计，虽然这些水上及水下作业的机器已经拓展了人类的生存空间，但是其效率较低的特点也迫使人类不断探索新的水下推进技术。鱼类以其卓越的游动能力和机动性给人类提高水下机器人系统的推进操控性能及与水环境的交互性能带来了希望。鱼类的高速、高效游动，吸引着学者们研究鱼类的推进机理，并利用所研究的推进机理研制一些水下仿生学机器人，并希望在实际的船只、潜艇等水上水下作业的器械上加以利用，以提高其机动性和效率。
本书旨在汇集作者和其他学者近年来的研究成果，反映国内外机器鱼研究和应用的最新进展，以期推动水下仿生机器人的研究和发展。在本书的编写和机器鱼研究与开发过程中，得到众多国内外专家的亲切关怀和广大读者的热情支持与帮助。美国密歇根州立大学的Xiaobo Tan教授、Guoliang Xing教授、Jianxun Wang博士、Hong Lei博士、Yu Wang博士、香港理工大学的邵子立副教授、澳大利亚La Trobe大学的王殿辉教授、哈尔滨工业大学陈松林教授等给予了作者大力支持和悉心指导，电子工业出版社的有关领导和赵玉山老师为本书的出版付出了辛勤劳动，借此向他们表示作者最诚挚的谢意。
最后，特别感谢国家自然科学基金项目“机器鱼传感网络的低功耗协作调度关键技术研究（No.61472050）”、四川省应用基础研究计划“机器鱼物联网能量感知协调控制研究（No.2014JY0257）”、国家自然科学基金重点项目“嵌入式系统的低能耗软件设计方法与技术研究（No.61332001）”、国家自然科学基金项目“智能移动嵌入式系统的协同节能关键技术研究（No. 61272104）”、四川省科技计划项目“基于自主可控RFID的物联网关键技术研发及应用（No. 2015GZ0103）”以及成都市科技惠民技术研发项目“低功耗的嵌入式操作系统及中间件技术研究（No. 2014-HM01-00326-SF）”等项目对本项研究的资助与支持。
本书由沈艳，郭兵，章洁等执笔完成，参与本书编写工作的还有许启新、司豪、薛静静、张榕等同学。仿生机器鱼的研究仍处于快速发展时期，作者对许多问题仍未深入研究，一些有价值的新内容也来不及收入本书。由于作者知识和水平有限，加上编写时间较紧，书中错误之处在所难免，希望各位专家和读者批评指正。

专著

沈艳，女，成都信息工程大学教授，完成the U.S. National Science Foundation 、"863”计划、国家自然科学基金、总装备部、总参谋部、四川省科技厅、广东省产学研项目等国家、省部级科研项目以及企事业委托项目20余项，在《NeuroComputing》、《计算机学报》等杂志及国际会议上发表学术论文50余篇，其中SCI检索6篇，EI检索30篇，曾获 ICESS2008最佳论文奖，出版学术专著1部，教材4部，授权10项国家专利，多种学术刊物审稿人。

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仿生机器鱼原理及应用