仿蝠鲼潛水器的結構設計、運動時的流場特性、控制算法與推進機理等涉及一系列復雜問題。如何使潛水器游動特性與真魚相似，且具備持久續航能力、環境感知能力等是仿生潛水器設計所需要解決的重要問題。

進入 21 世紀，海洋資源的勘探和開發變得日益重要，而傳統潛水器由于普遍采用螺旋槳 推進仍 有很多不足：機動性差，狹窄范圍內靈活性差；續航能力弱，難以在水下長時間工作；螺旋槳極易對生物和生態環境造成破壞。為了解決上述問題，西北工業大學潘光教授團隊致力于仿生學研究，研制了仿蝠鲼潛水器。該潛水器以 蝠鲼 為仿生對象，具備單程俯沖弓形滑翔、連續撲動、 脈沖滑撲三種 典型模態，可執行海洋水文信息采集、廣域目標搜索與精細探測、反潛 / 反偵察等具體任務，在海洋資源開發、生態環境監測、海洋牧場建設、國家領海安全維護等領域具有重要意義。

▲ 仿蝠鲼潛水器用于珊瑚礁實地監測

蝠鲼，又稱魔鬼魚，是一種采用中央鰭 / 對鰭 ( media and/or paired fin propulsion, MPF ) 推進方式的魚類，在游動時表現出優異的機動性和穩定性，已逐步成為潛水器領域的研究熱點。 對 蝠鲼 等采用 MPF 推進方式的魚類進行生物學特性研究是仿 蝠鲼 潛水器研制的基礎，此類生物依靠成對的胸鰭或撲動來產生向前的推力。 蝠鲼 在低速巡游時具有較高的推進效率，適合小航程低速游動，游動穩定性好，抗干擾能力強，機動性優良，可實現 6 個 自由度的運動，可原地懸停和轉彎。目前，對仿 蝠鲼 潛水器的研制大多僅在形態上接近真實生物 ( 形態仿生 ) ，在計算方法、控制機構設計、機械結構設計等功能仿生方面依然存在一些亟須解決的問題。針對仿 蝠鲼 潛水器的優劣，應根據不同領域的需求因地制宜，從一些機理性和探索性的方向開展潛水器研究，為接下來更為深入的潛水器性能研究提供理論和技術指導，為今后提出更優的模型分析方法以及開發出更先進的仿 蝠鲼 潛水器提供參考。

西北工業大學潘光教授團隊瞄準該學科前沿，針對仿蝠鲼潛水器設計理論與方法開展了系統性研究，包括蝠鲼生物學特性、仿生推進水動力學、仿生結構設計、剛柔耦合航行動力學、仿生控制、能源與載荷系統等。目前該團隊已研制出多型仿蝠鲼潛水器樣機，完成了珊瑚礁保護、地形勘探、重要設施巡檢、海洋牧場魚群健康監測、復雜水域環境水文信息采集等多項水下任務。

潘光教授團隊長期從事仿蝠鲼柔體潛水器方向的科學研究，在該研究領域取得了豐碩的成果，團隊成員主持了國家自然科學基金項目多項、國家重點研發計劃項目3 項，相關研究論文已發表于國際與國內知名期刊，獲得了學術界的高度認可，《仿蝠鲼潛水器設計理論與方法》一書為該研究成果的系統總結。

該書邏輯完整，層次清晰，內容豐富，細節到位，為仿蝠鲼潛水器的設計和性能優化奠定了理論與技術基礎，是仿蝠鲼潛水器大型化、智能化與實用化的優秀參考資料。

徐德民

中國工程院院士

2024 年9 月

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仿蝠鲼潛水器設計理論與方法

潘光等著 . 北京：科學出版社， 2025.5

( 智能機器人基礎理論與關鍵技術叢書 )

ISBN 978-7-03-076899-5

《仿蝠鲼潛水器設計理論與方法》是作者及其團隊近年來工作成果的總結，由潘光、曹勇、曹永輝、黃橋高、屈毅林、盧丞一共同撰寫。全書共9章：

• 第 1 章概述仿 蝠鲼 潛水器的基礎理論和整體概況；

• 第 2 章從仿 蝠鲼 生物學特性及水動力機理進行分析，為仿生潛水器的設計奠定基礎；

• 第 3 章主要圍繞仿生胸鰭結構設計展開，詳細討論潛水器胸鰭驅動結構 與鰭面結構設計 ；

• 第 4 章開展仿生胸鰭水動力實驗，為柔性胸鰭的優化設計提供科學指導；

• 第 5 章構建仿 蝠鲼 潛水器統一的動力學模型，為總體設計優化和仿生運動控制提供理論基礎；

• 第 6 章介紹仿 蝠鲼 潛水器的控制技術，分別基于無模型與有模型控制方法建立仿 蝠鲼 潛水器的閉環控制系統，實現仿生運動控制；

• 第 7 章為了實現仿 蝠鲼 潛水器長時間的穩定工作，設計多源俘能和能源分布存儲系統，并建立力電熱多物理場耦合模型，實現能量的安全高效利用；

• 第 8 章開展仿 蝠鲼 潛水器樣機總體設計，研制仿 蝠鲼 潛水器樣機，并開展系統實驗；

• 第 9 章系統 闡述仿 蝠鲼 潛水器應用方面的關鍵技術。

本書面向仿 蝠鲼 潛水器設計，系統介紹了仿生推進的流體動力學、結構設計、航行動力學、自動控制、能源與載荷等內容，為仿 蝠鲼 潛水器樣機研制奠定了理論與技術基礎。

本文摘編自《 仿蝠鲼潛水器設計理論與方法 》（ 潘光等著 . 北京：科學出版社， 2025.5 ）一書“前言”“序”“ 第 1 章 緒論 ”，有刪減修改，標題為編者所加。

“十四五”國家重點出版物出版規劃項目

智能機器人基礎理論與關鍵技術叢書

為深入貫徹落實《“十四五”機器人產業發展規劃》，加快推動機器人產業高質量發展，加強國家重大科技成果應用轉化，科學出版社聯合工業和信息化部產業發展促進中心策劃出版“十四五”國家重點出版物出版規劃項目“智能機器人基礎理論與關鍵技術叢書”。叢書圍繞國家重點研發計劃“智能機器人”重點專項，內容涵蓋機器人基礎前沿理論、共性技術、關鍵技術與裝備、應用示范等方面，詳細介紹近年來我國在智能機器人領域研究取得的豐富成果，促進我國科研成果知識產權保護和研究成果示范推廣。

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（本文編輯：劉四旦）

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