随着水下机器人应用场景的不断拓展，推进效率与运动稳定性成为仿生水下机器人研究中的关键挑战。基于自然生物推进方式的仿生设计，东北大学储逸尘分别以牛蛙后肢和牛鼻鲼胸鳍为仿生对象，提出两种水下机器人推进新方法，成功设计并验证两种多连杆推进机构。

NOKOV 度量动作捕捉系统用于获取真实生物及仿生机构在水下环境中的运动学数据，为模型分析与实验验证提供数据支持。

基于牛蛙后肢运动的仿生水下机器人推进系统的设计与实现

引用格式

Chu, Yichen, et al. "Design and Implementation of a Biomimetic Underwater Robot Propulsion System Inspired by Bullfrog Hind Leg Movements." Biomimetics 10.8 (2025): 498.

本研究基于牛蛙后肢运动机制，开发出仿生水下推进系统设计方案。该系统采用三阶段四连杆机构模拟牛蛙的“踢腿-恢复”运动。

研究通过NOKOV水下动作捕捉系统获取牛蛙后肢在推进与回收阶段的运动特征，分析大腿、小腿及蹼足在不同阶段的角度变化规律，并据此设计了一种基于四连杆机构的仿生后肢结构。该结构采用单电机驱动，实现三阶段周期性推进，并通过单侧骨骼硅胶蹼实现推进阶段展开、回收阶段折叠。

通过NOKOV水下动作捕捉系统获取牛蛙后肢运动学数据

在仿真与实物实验中，研究利用 NOKOV 度量水下动作捕捉系统测量仿生后肢的实际运动角度。实验结果表明，仿生机构与真实牛蛙的运动趋势高度一致，蹼足运动吻合度达98.5%。水下六自由度力实验显示，该系统在9V电压驱动下平均推力为2.65N，峰值瞬时推力可达7.91N，验证了其推进性能。

仿生牛蛙机制

图(a)(b)(c)为真蛙与仿生蛙后肢运动捕捉数据对比，Figure 5.展示仿生蛙后肢运动捕捉数据

该研究使用NOKOV水下动作捕捉系统获取真实牛蛙后肢在推进与回收阶段的运动学数据，建立基于牛蛙后肢的多杆运动学模型并作为仿生机构运动的参考标准验证了仿生牛蛙后肢推进系统的合理性。

基于牛鼻鲼生物仿生学的六杆水下机器人设计与性能研究

引用格式

Chu, Yichen, et al. "Design and Performance Study of a Six-Bar Mechanism Underwater Robot Based on Cownose Ray Bionics." Journal of Marine Science and Engineering 13.6 (2025): 1156.

该研究以牛鼻鲼胸鳍拍动推进为仿生原型，提出了一种基于瓦特型六连杆机构的仿生水下机器人设计方案。研究通过轴向叠加两个等比例缩放机构并设置固定相位差，模拟牛鼻鲼胸鳍的连续摆动运动。通过设置固定相位差，实现该仿生机构在有限驱动条件下的稳定周期拍动，同时兼顾结构紧凑性与机械可实现性。

基于瓦特型六连杆机构的仿生牛鼻鲼水下机器人设计方案

运动学仿真验证了该机构的可行性。在水下仿生原型实验中，研究人员借助 NOKOV 水下动作捕捉系统对该瓦特型六连杆机构的实际运动进行测量。实验结果显示，其水下实测角度变化趋势与仿真结果一致，差异主要来源于水体阻力影响。水下六自由度力学实验进一步表明，该仿生水下机器人在同步与反向拍动模式下可分别产生推进力与侧向力，展现出良好的推进性能和运动控制能力。

图1.机器人骨架与反光球标记点示意图  图2.水下动捕中第一级/第二级执行器的角度变化

运用NOKOV水下动作捕捉系统对仿生牛鼻鲼机器人进行动作记录与分析

NOKOV水下度量动作捕捉系统精确获取仿生牛鼻鲼机器人在水中的真实运动轨迹与姿态，并据此验证仿真模型和评估该水下仿生六杆机器人推进性能与稳定性。

第一作者介绍

储逸尘，东北大学机械工程与自动化学院博士在读，粼动仿生科技创始人兼CEO

研究方向：水下仿生机器人方向

东北大学机械工程与自动化学院2019级本科生、2023级直博生，获评APEA 亚太青年领袖，达沃斯全球杰出青年。

2021年于东北大学创立仿生智能实验室，带领团队深耕水下仿生机器人领域。

2023年11月创立粼动仿生科技。2024年粼动仿生科技已获奇绩创坛、小米谷仓投资。

2024年入选胡润U25创业先锋榜单。

2025年入选中国科协青年人才托举工程博士生专项计划。