大自然给予了鱼类在水中非凡的活动能力，给了鸟类在空中灵活的飞翔技能，这些都是我们人类在研制机器人时宝贵的模仿资源。鱼鰭的摆动式推进、鸟类扑翼式飞行都具有很高的流体动力效率，适用于长时间、长距离甚至高速的运动。
结合这样的机理，我们设计出了仿生机器鱼的基本框架，主要包含推进系统、电子元件系统和通信系统。推进系统相当于机器的“运动器官”，通过一定的机械结构实现具体的进退、变速、升潜、转向等功能;控制系统相当机器的“大脑”，通过各类元件实现控制机器鱼进行各种作业;通信系统相当于其“感官语言器官”实现仿生机器鱼传输信息的功能，实时地反馈机体情况及环境情况，从而实现更的功能。
仿生机器鱼的总体设计
一、推进系统
仿生机器鱼的推进系统相当于其运动器官，通常由动力单元、曲柄转化单元、仿生器官单元构成。
1、动力单元
动力单元一般由马达和给其他供电的电池组成。
犹豫仿生机器鱼在工作过程中会产生大量的热量，因此马达我们一般选择水冷无刷马达，能够充分利用工作环境及时降温，且其转速快、动力足。
2、曲柄转化单元
仿生机器鱼中无论是尾鳍、胸鳍还是扑翼，其运动类型都是摆动,这就需要曲柄转化单元将马达的转动转化为摆动。通常曲柄单元分为三种:曲柄摇臂、曲柄滑槽和曲柄滑杆。还有一种是我们教材独创的双曲柄驱动方式,用来模拟鱼在前进时的肌肉运动,我们称为原型机。仿生机器鱼中四种驱动方式都有不同的应用，我们通过下面的表来介绍和对比一下。
3、仿生器官单元
常见的仿生器官单元有尾鳍、胸鳍、背鳍和扑翼。
我们通过下表来对比它们的构造图、材料要求、力学性能，这些结论都是经过大量的制作与试验得出的。
值得说明的是，在仿生器官单元中，有些单元虽然设计理念来源于真正的生物体本身，但在设计和实现过程中由于机械与生物体的差别，材料及用途上还是有一定差别的。如胸鳍，在真鱼身上，无论是尾鳍还是胸鳍都是由弹性系数较高的组织构成，因为鱼的一系列运动都是身体各个部位统筹协调达成的，胸鰭在真鱼游动的过程中主要起平衡作用，而其升潜更多地依靠鱼鳔实现，而在仿生机器鱼的制作过程中，我们巧妙地将材料选为刚性材料后，发现其除了有平衡作用外，在控制升潜和减速上效果也非常显著，且制作和控制相对都较简单。可见，大自然给予我们灵感，实践给予我们智慧。
4、六大仿生推进系统的对比
六类仿生推进系统由于其功能和构造的不同，其推进系统也有一定的差别，我们通过下面的表来了解一下。
需要说明的是，旋转式仿生鱼的鱼尾与普通尾鳍不同，其灵感来源于螺旋浆，故其构造与螺旋桨很相似,但不同的是，螺旋桨的材料通常选择刚性的，而旋转式鱼尾则选用弹性系数较小的弹性材料,这样在其旋转的过程中水的反作用力可以使其充分地形变，以提供充足的动力。
二、控制系统
控制系统相当于仿生机器鱼的“大脑”，它通过指令控制其他系统做出反应。通常控制系统由电调、舵机、发射机、接收机组成，目前我们该可以结合单片机配合手机app来实现更智能的控制功能。
1、电调
电调全称电子调速器，英文(Electronic Speed Control)，简称ESC，如下图，它可以根据控制信号调整马达的转速，从而控制推进系统实现不同的功能。
针对电机的不同，电调通常分为有刷电调和无刷电调两种，本书提到的仿生机器鱼通常使用无刷电调，其损耗小、效率高。
电调在使用时，要与马达、电池、接收机三方连接。其连接方式如图4—6, 一侧通过T插与电池连接，- -侧通过三对接线柱与马达连接，另-侧通过三根线(白:信号传输线，红: 正接线柱，黑:负接线柱)与接收机相连接(注:接收机的接线柱会在下文做详细说明)。
2、舵机
舵机是控制动作、改变方向的重要控制单元，其工作原理是由接收机发出讯号给舵机，其马达开始转动，带动摆臂完成相应指令。
我们在实际操作过程中，可以通过单个舵机实现仿生机器鱼的转向，也可以巧妙地进行组合，如在五通道仿生鱼中，我们使用了两个舵机组合后，一个负责左右转向，一个负责上下升潜，就可以实现机器鱼的转向和升潜。
3、发射器
发射器相当于遥控器，我们可以通过发射器发射指令，接收机接收后发出相应的指令来控制整个机械系统。通常，发射器用普通的游戏手柄就可以改装。
4、接收机
接收机负责接收外界指令传达给机械部分来执行。通常我们使用多通道接收机。其接口如图。
5、单片机
单片机( Microcortollers)是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/0口和中断系统、定时器1计数器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、AD转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。
仿生机器鱼中，加入单片机将使得整体功能更加智能可控，只要输人编好的程序，就可以实现更复杂的控制，可以说它是仿生机器鱼“大脑”中的“大脑”。
6、手机app
配合现在日益发展和普及的智能手机，我们还可以通过手机app来代替发射器，通过手机与仿生机器鱼进行沟通、控制。
7、超声波控制系统
由于仿生鱼通常在水下工作，当深度达到一定程度时，普通的无线控制信号会大幅度衰减从而失去控制功能，超声波发生器采用的他激式震荡电路结构，在水中仍可实现远距离传输，是仿生鱼控制系统的不二之选。
三、通信系统（摄像、声纳系统）
仿生机器鱼除了能够完成特定的运动指令，还应该能够代替人工进人特定的环境了解情况。因此通信系统作为其“感官语言器官”必不可少。
常规的通信系统包括图像处理系统和声呐系统。
图像处理系统及采集图像信息并传输的功能系统，我们采用普通的摄像头即可，市面上的产品已经做得非常成熟。
声纳系统主要包括两部分:干端和湿端。顾名思义,干端即水上部分，湿端即水下部分。其中湿端主要是水声换能器或换能器基阵组成;而干端由信号源，发射设备,时空处理部分,判别显示部分构成。
这样，仿生机器鱼在工作时就能实时地反馈其机体本身的情况以及其所处环境的情况，对于勘探等作业有非常重要的价值。
四、气密性和水密性检测
在仿生鱼正式投入使用前，为保证内部电子元器件，以及机器鱼整体的安全，要进密性和水密性的检测。
给仿生鱼充入一定气体后关闭阀门,将其放人水中，观察各耦合处是否有气泡冒出，若有则是气密性和水密性没有做好，需要重新密封。
五、仿生机器鱼不见材料汇总
仿生机器鱼的制作过程中，除了使用到一些集成的功能模块外，大部分部件的材料选择需要在实践中去摸索，这里列出我们在实际制作过程中得到的效果比较好的材料供同学们选择。
六、测控
测控细分出的测量和控制是有-定差别的两个方面,测量和控制是可以分别单独进行的。一般来说，测控过程包括“信号测量- +数据处理-生成控制量-驱动执行机构”。
以仿生机器鱼“小白”为例，通过传感器进行信号测量,进而传输给单片机进行数据处理，生成控制量,控制仿生鱼的执行机构，比如:
(1)传输给动力马达(无刷电机)动力马达提供动力,驱动机器鱼前进、转向、升潜。
(2)传输给转向舵机控制机器鱼转向，包括水面转向，定深转向，升潜转向。
(3)传输给升潜舵机控制鱼体升潜，水平巡航，定深巡航，通过舵机控制胸鳍与鱼体的角度来实现。
通过测控，仿生鱼可以应用到多个方面，比如:
(1)水下勘探规划勘探半径、深度，设计多种勘探方式。
(2)直线下潜勘探调整升潜舵，使机器鱼下潜,到达定深位置自动上浮、返航。
(3)螺旋下潜勘探调整升潜舵和转向舵，使机器鱼沿螺旋线路下潜勘探，到达定深(或深)位置自动上升返航。
(4)救援:水上水下救援
(5)军事:侦察和仿生鱼雷