随着国家海洋战略重要性的不断加强,水下机器人技术的发展成为推进海洋战略的关键因素。仿生机器鱼作为水下机器人的一种,摆脱了传统水下机器人效率低、能耗高、噪声大等缺点,是一种游速快、噪声低、推进效率高、灵活性高、工作时间长、工作范围广且能适应多种工况的新型水下机器人。目前仿生机器鱼的主体大多是刚性的,其机械传动的复杂性随着所需的自由度而增加,机器鱼的鲁棒性也随之降低。本文提出了一种新型的线驱动仿生软体机器鱼设计,能够更好地模拟真实鱼类的运动曲线,并基于此软体机器鱼进行了建模与控制研究,主要研究内容与贡献总结如下:1、提出了一种新型仿生线驱动软体机器鱼设计,并建立了该类型软体机器鱼的运动学模型。为了模仿鱼类的肌肉和肌腱,该机器鱼所采用的推进装置由硅胶制成的软体鱼尾和两根驱动线组成。通过控制两根驱动线,可以使软体鱼尾进行摆动,其结构简单且便于操作。通过分析软体机器鱼的运动状态,基于Lighthill细长体理论,建立了线驱动软体机器鱼的运动学模型。仿真结果表明,该软体鱼尾的摆动曲线与实际鱼体摆动曲线吻合较好,巡游速度相对多关节机器鱼更快,验证了线驱动设计的有效性。2、针对线驱动软体机器鱼所建立的运动学模型,采用滑模控制这一非线性控制方法,设计了软体鱼尾摆动的动态终端滑模控制器,并运用李雅普诺夫理论证明了该控制器的稳定性。软体鱼尾摆动终端滑模控制器的创新之处在于,其设计过程将非线性函数引入滑动超平面,为了在有限时间内能够使滑模面上的跟踪误差收敛到零,构造了一个动态的线性滑模面。由仿真结果可知,该控制器能够使欠驱动软体机器鱼的鱼尾快速跟踪输入的正弦曲线,相比于传统滑模控制器响应速度更快,抖振问题也得到了削弱,有效验证了鱼尾摆动终端滑模控制器的性能。3、基于所提出的线驱动软体机器鱼的设计思路,本文选取适当材料与硬件制作了软体鱼尾,并通过对单片机控制系统的软硬件设计来实现对软体鱼尾摆动的控制。软体鱼尾采用低硬度液体硅胶制成,通过灌入3D打印制成的模具中使其固化成型。控制系统由上位机发出指令,通过串口与控制电路交互,控制器控制电机带动驱动线拉伸实现鱼尾摆动。实验表明,软体鱼尾控制系统能够完成不同幅度及频率的摆动动作,并且实现简单,反应速度快,能够使软体机器鱼完成水下前进及转向实验,验证了线驱动软体机器鱼这一设计的有效性。