由于在海洋环境勘测、水质监测、军事侦查、观赏娱乐等领域具有广泛的应用前景,水中仿生机器人成为机器人领域研究研发的热点之一,机器鱼的运动控制问题是机器鱼研究过程中的重要组成部分。目前机器鱼的主要控制方法可以分为三类:鱼体波拟合法、正弦波控制方法与中枢模式发生器(Central Pattern Generation,CPG)控制。其中,基于CPG的运动控制由于其在模态切换时可以各个模态可以完成柔顺切换,控制信号不会产生突变,具有良好的稳定性和柔顺性,在机器鱼领域得到了广泛应用与深入研究。本课题针对二自由度胸/尾鳍协同推进仿生机器鱼的CPG运动控制进行研究,主要内容如下:(1)建立了所设计二自由度胸/尾鳍协同推进仿生机器鱼的CPG控制网络,给出了仿生机器鱼实现直游、转弯、倒游等行为的条件。其中,直游分为阻力模式直游与升力模式直游,游动速度分别为0.18m/s与0.15m/s。转弯分为半径转弯与原地转弯,转弯速度为50°/s,转弯半径根据CPG参数改变而改变。根据理论分析与实验验证可知,相比较正弦规律控制方法,机器鱼在同种模态加减速与不同模态切换过程中,机器鱼模态柔顺切换、稳定运动,可以避免产生不可知的误差。(2)建立了仿生机器鱼的水动力学模型,基于水动力学分析结果以及粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)对CPG控制网络的运动学参数进行了优化,提高了机器鱼的游动性能。首先,通过水动力学分析结果得到CPG幅值参数与频率参数与运动性能的影响,同时为了兼具高运动性能与高稳定性而设定了参数范围。在此基础上,以水动力学方程作为适应值函数,利用PSO进一步对幅值参数、频率参数与CPG单元间的相位差参数进行优化。分析结果与实验结果表明,在阻力模式下机器鱼的直线游动速度可达0.2106m/s,转弯角速度可达87.4039°/s,较优化前有显著提升。(3)综合CPG控制柔顺性的优势与CPG胸尾鳍协同推进的特点,以机器鱼位姿误差作为反馈信号,设计了机器鱼直游闭环控制器,实现了沿壁直线游动控制。在GPS无法完成精确导航与避免障碍物时,利用陀螺仪与超声波测距测量并计算出机器鱼运动的位移误差与角度误差,通过机器鱼胸尾鳍协同运动修正误差,其中仿生机器鱼胸鳍运动修正机器鱼的角度误差,尾鳍运动修正机器鱼的位移误差。实验结果表明,运动过程中位移误差在±1Ocm内,角度误差在±20°波动,满足沿壁闭环直游控制的要求。