仿鳐鱼水陆两栖机器人
自主移动机器人是可以在特定环境下进行坐标移动的机器人,其具有感知、交互、定位、运动规划、导航、决策等功能,可以执行特定任务,实现预期目标。
根据陆地、空中、水域等应用领域划分,主要包括单栖移动机器人和多栖移动机器人。就执行机构而言,陆地移动机器人的移动方式主要有足式、轮式、履带等,空中移动机器人的移动方式主要有螺旋桨,水域移动机器人的移动方式主要有喷水推进器、螺旋桨等,基于上述设计的移动机器人的理论基础与基本原理都已发展得非常成熟,趋于饱和。
在军事应用领域中,新型仿生水陆两栖机器人可用于水域和陆地任务,对军事领域具有战略价值。它可以执行水下侦察、搜救、情报收集和水下设施维护等任务。在军事操作中,仿鳐鱼机器人可以执行潜艇监测、水下爆炸物排除、敌方港口侦察等关键任务,减少人员风险。在经济应用领域中,仿鳐鱼两栖机器人可用于海洋资源开发,如水下采矿、渔业资源管理和海洋地质勘探。它还可以用于环境监测和污染控制,有助于保护海洋生态系统,促进可持续发展。
研究挑战
由于现有水陆两栖机器人复杂执行机构带来了诸多问题,亟需设计一种新型结构的水陆两栖机器人突破移动机构设计壁垒。同时,由于所设计的新型仿生水陆两栖机器人具有行波特性,存在高非线性、不确定性、水陆切换适应性,以及输入约束等研究难点。开发该机器人水陆两栖运动规划,陆地爬行控制和水域仿生鳍波动控制,使其能够实时应对环境变化,安全、高效地完成任务,具有重要的研究价值。
研究成果
实验视频
软体机器人作为当前机器人行业研究和发展的前沿热点领域之一,相较于传统的刚体机器人,具备运动自由度高、环境柔顺性强、制作成本低、可适应复杂的外界环境并与人良好交互等显著优势,在抢险救灾、军事侦察、医疗康复等重要领域拥有巨大的应用潜力。然而,现有软体机器人的设计结构负载能力弱,运动速度慢,不具备在不同平面上稳定运动的能力。此外,考虑软体驱动器的强非线性、强耦合性以及制作误差,软体机器人的运动非常容易偏离目标,甚至操作不当还会导致驱动器的损坏。因而,当前软体机器人的运动仍高度依赖于人工操作经验。为此,需要设计新结构的软体驱动器与机器人,提出有效的建模与控制算法,实现软体机器人在不同环境中快速、准确、稳定运动。