题目：基于CPG控制的仿蝠鲼机器鱼研究

由于蝠鲼具有高效率、高稳定性、高机动性等游动优点，因此具有较大的仿生研究和应用价值。本文旨在构建结构仿生和运动学仿生的仿蝠鲼机器鱼，通过构建多鳍条驱动胸鳍结构实现结构仿生，通过CPG（中央模式发生器，Central Pattern Generator）控制实现运动学仿生，通过CPG和模糊控制实现三维姿态稳定控制。本文的研究内容如下：

蝠鲼运动学分析。主要分析蝠鲼的前游、偏航、俯仰、滑翔等典型姿态，并通过图像处理方法获得胸鳍拍动的运动学方程，发现胸鳍拍动为时间、空间非对称性的类正弦运动，胸鳍上的波动传递通过沿弦向方向的相位差实现。

仿蝠鲼机器鱼结构仿生设计。结合已有的蝠鲼生物学研究和运动学分析结果，进行机器鱼结构仿生设计，构建多鳍条驱动的三维柔性胸鳍，能够偏转的尾鳍，以及“形似”的三维躯体外形。

CPG相位振荡器模型构建。针对蝠鲼运动学分析的结果，对相位振荡器模型进行改进，使其具备时间、空间非对称振动特征，以及相位快速顺滑过渡特征。仿真结果表明改进后的相位振荡器模型满足蝠鲼运动学仿生控制需求。

仿蝠鲼机器鱼运动学仿生控制。结合理论和仿真建模分析，构建最简连接形式的CPG控制拓扑网络，分别实现了机器鱼前游、偏航、俯仰和滑翔等姿态。仿真和实验结果均表明机器鱼逼真地模拟了蝠鲼的游动姿态，以及实现了各姿态间的快速顺滑过渡。

仿蝠鲼机器鱼三维运动控制。在运动学仿生控制的基础上，通过建立CPG参数间的内在联系，构建三维运动开环控制系统，实现通过3个参数分别控制速度、航向和俯仰姿态。此外，结合传感器信息，构建机器鱼航向和深度的模糊闭环控制系统，实现航向和深度的定量控制。实验条件下，航向控制误差约 ，深度控制误差约 。

本文的创新主要体现在提出了具备时间、空间非对称振动特征和相位快速顺滑过渡特征的相位振荡器模型，通过运动学分析和CPG控制实现了仿蝠鲼机器鱼的运动学仿生，并结合模糊控制实现了机器鱼三维游动姿态的稳定控制。

本文的意义在于为逆向仿生法探究胸鳍拍动式鱼类游动机理提供了研究工具，使研究人员能够在机器鱼非约束游动条件下观测涡流分布，从而获得更为准确的实验数据；同时，本文也为胸鳍拍动式机器鱼走向自主航行打下了坚实基础，为机器鱼走向军事侦察、海底探测等实际应用迈出了坚实的一步。