新型仿鳐鱼水陆两栖机器人的结构设计、运动学建模与运动规划

摘要

跨介质作业机器人在灾害救援、环境探测、军事侦查等方面具有显著优势，但现有水陆两栖机器人依赖于两套或多套驱动系统，结构复杂、维护成本高，且额外的驱动系统切换将增加控制难度与作业时间.为此，本文设计了一种新型的行波驱动仿鳐鱼水陆两栖机器人(Wave-inspired actuated ray-inspired amphibious robot, WARAR).首先，设计了一种具有高越障能力的行波驱动机构.基于此，设计了一种仿鳐鱼柔性鳍，将行波机构驱动力转换为水中游动的推进力，从而实现单一驱动系统同时满足陆地和水中运动的双重目标.随后，建立了WARAR的运动学模型，并提出了一种跨水陆介质轨迹规划方法.最后，自主搭建了WARAR的实验平台，并对所设计机器人的移动、爬坡、转向、游动等性能进行了充分测试.此外，验证了所设计跨水陆介质作业轨迹规划方法的有效性.

关键词

仿鳐鱼机器人 / 水陆两栖机器人 / 行波驱动机构 / 仿鳐鱼柔性鳍 / 轨迹规划

基金资助

国家自然科学基金资助项目（52205019,62373198）; 天津市杰出青年科学基金资助项目（22JCJQJC00140）; 广东省基础与应用基础研究基金资助项目（2023A1515012669）; 中国博士后科学基金面上资助项目（2021M701779）