本项目拟根据海扁虫在海洋中的不同运动方式，设计了一款仿生海扁虫机器人，包含姿态转换模块，上浮下潜模块，摆动模块，控制系统模块等五个模块，实现仿生海扁虫在水中和礁岩上不同地形可以转换运动方式的仿生机器人。结合现代化计算机技术，控制智能化，实现仿生海扁虫上浮下潜，以及在不同海洋地段转换运动方式，给大众展示较为罕见的海洋生物的特殊运动方式，为中国海洋生物的仿生科学贡献自己的一份力量。

本项目设计的姿态转换模块是根据海扁虫柔性“鱼鳍”的特征设计的，采用推杆、异性正切、双滑块等机构。使得两侧“鱼鳍”更易变换带动每一个摆动部件，提高其转换运动方式的能力来适应不同海域运动的要求；摆动模块采用摆动导杆机构，提供稳定性好、可靠性高的传动，并提高其摆动效率，使其能在水中更快移动；上浮下潜模块使其具有在水中上浮下潜能力，拓宽其运动范围；控制系统模块提高对环境的观察适应能力，其通过手机蓝牙和wifi实现对仿生海扁虫主板的控制以及通过摄像头对水底周围环境的观察。

一、研究背景及意义

近年来，随着仿生学研究的不断进步，科研工作者的目光集中到长期生活在水下特别是能在水中自由遨游的鱼类的游动机理的研究上。鱼类游动具有效率高、速度快、机动灵活等许多优点。本项目基于海扁虫的结构，研究设计了仿生海扁虫。

海扁虫生活在岩礁区海底，白天多藏于石缝或石头下方，可在礁体上爬行，当遇到刺激时身体会以波浪状摆动游泳前进。这种生物的行进方式较为特别，而且人们很少能见到这种动物。通过对海扁虫的运动进行科学研究发现其运动方式主要包括两种，分别是在水中和礁石上的运动，水中：海扁虫依靠两边类似“鳍”的“波浪形飘带”运动，两边的鳍与身体“平行”。礁石上：两边的鳍向下与身体折起一定角度，靠鳍与礁石的相互作用力运动。

国内外对于海扁虫的仿生非常少，但是与其运动方式一致(mpf运动模式)的鳐鱼(以及其他相同运动模式的鱼类)的仿生水下机器人的研究较多，日本冈山大学在2013年研制的仿鳐科机器鱼，每侧胸鳍由6个独立控制的鳍条驱动单元组成，每根鳍条由一个伺服电机经过锥齿轮减速以后得带摆动动力，该小组探索性的研究了通过改善鳍条的特殊运动来实现机器鱼上升下潜策略，并进行了一系列载体水下实验。但是其中又有一些问题所在，比如电机过重，12个电机导致整条鱼身体过重，容易下沉；体积过大，机器及其不利于在水下行动；由齿轮组及电机带动，鳍条波形不能改变等缺陷。因此，有必要提出一种基于海扁虫运动方式的仿生水下航行装置。

为了更好的研究海洋生物的运动方式，从中获得更多的仿生灵感来造福人类，提供更好的海洋科学知识来探索海洋的奥秘。本项目拟自主开发一款仿生海扁虫机器人，可以适应崎岖多变的复杂海洋地形进行运动转化，给大众提供一个更好的海洋科普平台的同时，还可以用仿生海扁虫完成某些特定的工程任务。

二、设计方案

2.1姿态转换模块设计

姿态转换模块是仿生海扁虫的重要组成部分，其设计方案决定机器人的运动变换能力。本方案旨在设计一种高效简捷的运动转换模块。

我们设计了推杆-滑块-异性正切组合结构，推杆的推动带动滑块的移动通过连接平套进一步带动活塞上的滑块和转向杆的移动，达到姿态转换的效果。

双滑块的设计提高仿生海扁虫转换姿态时的稳定性，使转换时对整个机体影响减到最小。异性正切结构使两侧的摆动板转换时统一运动。以及我们选择使用轻量化材料和优化结构设计，以减轻海扁虫的重量和惯性，提高它的运动转换的灵活性。

综上所述，该姿态转换模块的设计方案具有很高稳定性、转换简捷性等优点，可以满足仿生海扁虫在水下转换运动方式的需求，更好的达到仿生效果。

2.2摆动模块设计

曲轴传动是机械传动中最常用的一种，采用曲轴传动可以实现摆动板之间相同频率不同相位的振动来促使整个仿生海扁虫运动。本文旨在设计一种高效可靠的摆动模块。

首先，我们选择了大功率电机，以确保为曲轴提供足够的动力。其次，我们在曲轴和摆动杆之间涂抹防水性润滑油提高其传动效率。此外，我们还对曲轴的材料、硬度和表面精度进行了优化，以提高齿轮的耐磨性和传动效率。

为了减小仿生海扁虫的体积和重量，我们采用了轻质摆动板的设计方案，以便于减轻海扁虫的重量，减少水中移动负担。

最后，我们为传动机构的润滑设计了相应的系统，以确保传动机构的长期稳定运行。

综上所述，该摆动模块设计方案具有轻量化、摆动效果好等优点，可以满足在水中正常的移动。

2.3控制系统模块设计

通过手机蓝牙和WiFi的远程控制进行对仿生海扁虫运动姿态转换和上浮下潜进行操作，蓝牙设备主要是对控制主板进行干预和控制，主板进一步通过调控直流电机和推杆电机来对仿生海扁虫进行运动控制 。WiFi连接识别系统的摄像头进行对周围环境的检测，侦察一个较为适宜的环境，以便环境变化时控制海扁虫移动进而远离危险环境。

综上所述，控制系统模板设计方案具有智能化，简捷化，安全化等优点，可以满足海扁虫水下移动和检测的需求。