进入二十一世纪以来,海洋资源的战略地位越来越重要,人类不断加快了探索海洋的步伐,各类水下机器人作为探索的重要工具应运而生,而仿生水下机器人相对于传统的螺旋浆推进水下机器人,具有机动性高、功重比大、稳定性好等优势,已成为各国研究人员关注的热点。本文以魟鱼作为仿生研究对象,在对魟鱼生物学特征和游动机理分析的基础之上,研制了环形长鳍波动推进的仿生机器魟鱼,提出了环形长鳍波动推进的CPG控制方法,并对样机的推进性能进行了试验研究。为高效、高机动性仿生水下机器人的研究提供了一种新的推进方式和控制方法。首先,分析了魟鱼胸鳍的肌肉和骨骼结构及鳍面波动变形机理,建立了胸鳍的运动学模型,利用Lighthill的“大摆幅细长体理论”建立了魟鱼胸鳍波动的水动力学模型,同时分析了胸鳍波动频率和幅值对推进力的影响。其次,模仿生物魟鱼的形态特征,设计了仿生机器魟鱼样机壳体结构,并基于结构仿生和功能仿生思想,设计了环形长鳍结构、静态沉浮模块及姿态控制模块,在此基础上,设计了对应的控制系统,并根据环形长鳍的结构特点提出了仿生机器魟鱼的直线游动、机动转弯及动态浮沉三种游动策略。然后,根据环形长鳍的结构特征及推进机理,提出了基于中枢模式发生器(Central Pattern Generator,CPG)的运动控制方法。在分析了Ijspeert七腮鳗型相位振荡器模型的特性后,设计了机器魟鱼仿生CPG网络拓扑结构,根据不同游动步态,确定了合理的耦合关系及连接权重,并针对游动步态切换过程中产生的输出信号跳变问题,提出一种幅值渐变过渡方法,最后通过MATLAB/Simulink?软件对CPG网络输出波形进行仿真验证,证明了本文针对环形长鳍结构所构建的CPG网络模型的有效性。最后,通过仿生机器魟鱼的游动试验测试了其游动性能,探讨了波动频率及幅值对游动速度及推进力的影响,并与理论仿真数据进行了对比分析。试验结果表明:仿生机器魟鱼样机的环形长鳍能实现与生物近似的波动运动,且游动过程中姿态较平稳,机动性高;直线游动速度和原地转弯速度随波动频率和波动幅值的增大而增大,最大直线游动速度可达109 mm/s;最大原地转弯速度可达93°/s,最大推进力可达1.62 N,最大原地转弯力矩可达67.37 N?mm,推进力及原地转弯力矩随着波动频率及幅值的增大呈上升趋势。