近年来,随着海洋探索开发的速度不断加快,作为水下资源开发利用的重要装备,水下机器人得到了广泛的关注和研究,其中仿生机器鱼因其效率高、噪声小及机动灵活等特点成为了水下机器人研究的重要方向之一。本论文设计了一款三自由度胸鳍、拉线式驱动柔性身体及尾鳍的仿生机器鱼。建立了机器鱼三自由度胸鳍的运动学模型,利用CFD(Computational Fluid Dynamics)技术对机器鱼胸鳍在不同运动条件下受到的流场压力进行数值计算,得到仿生机器鱼在多自由度胸鳍推进条件下的水动力系数变化曲线,分析了仿生机器鱼胸鳍推进性能,最后通过实验对分析结果进行了验证。具体内容如下:(1)以鲹科鱼类为仿生对象,设计了一种三自由度胸鳍和拉线式驱动柔性身体协同推进仿生机器鱼。三自由度胸鳍推进机构包括摇翼机构、上下拍翼机构和前后拍翼机构,该机构可实现各自由度独立及复合运动,从而达到功能仿生的目的。其柔性身体由拉线式驱动机构、多脊椎关节及被动式尾鳍组成,能按照Lighthill曲线拟合鱼体波进行运动。(2)研究了单侧胸鳍正弦运动规律,建立了胸鳍动网格模型,使用Fluent流体仿真软件,研究了胸鳍推进时,胸鳍运动频率对于机器鱼直线游动性能的影响,得到了机器鱼直游时胸鳍所受到的推力、升力及侧向力系数连续变化数据以及压力云图。分析可知,无论胸鳍采用单自由度还是多自由度推进,在胸鳍运动频率f=1.0Hz时推进性能都比较好;当运动频率给定时,分析发现在f=0.5,1.0Hz时,单自由度推进性能较差,而三自由度复合运动推进性能最好;而在f=1.5,2.0Hz时,多自由度复合运动中,由于三自由度运动规律较为复杂,在一般情况下,二自由度运动推进性能比三自由度好,表明在高频率时胸鳍三自由度运动规律需要进一步优化。实验结果与仿真分析结果基本一致。(3)研究了双侧胸鳍正弦运动规律,建立了鱼体动网格模型,使用Fluent流体仿真软件,研究了两侧胸鳍不同运动频率时,对机器鱼转弯游动性能的影响,得出机器鱼转弯时两侧胸鳍所受到的推力、升力及侧向力系数连续变化数据及压力云图。分析得出,机器鱼摇翼运动时,机器鱼转弯性能较差;前后拍翼运动及复合运动时,机器鱼通过推力及侧向力共同实现转弯功能,表现出较好的转弯性能;同时在f=1.5,2.0Hz时,机器鱼转弯性能较好;当运动频率给定时,三自由度复合运动始终拥有较好的转弯性能,充分体现了MPF模式仿生机器鱼灵活机动能力。实验结果与仿真分析结果基本一致。