陳 龍，童保成，祖斯羽，張 豪，胡 橋，2，*

（1．西安交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，陜西 西安 710049；2．西安交通大學(xué) 陜西省智能機(jī)器人重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710049）

0 引言

海洋一直以來(lái)都是國(guó)家高質(zhì)量發(fā)展的戰(zhàn)略要地，建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)是實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的重大戰(zhàn)略任務(wù)。研究一種既能實(shí)現(xiàn)海洋與陸地環(huán)境探測(cè)，又具有高效推進(jìn)能力、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的兩棲機(jī)器人，對(duì)海洋資源探測(cè)和近海區(qū)域警戒具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1-2]。針對(duì)現(xiàn)有水陸兩棲機(jī)器人環(huán)境適應(yīng)性差和穩(wěn)定性弱等問(wèn)題，本文將仿生推進(jìn)機(jī)構(gòu)與傳統(tǒng)推進(jìn)機(jī)構(gòu)結(jié)合設(shè)計(jì)出一種高性能組合推進(jìn)型水陸兩棲機(jī)器人。機(jī)器人的水下操縱性影響其工作狀態(tài)，因此研究機(jī)器人的水動(dòng)力系數(shù)以及水下操縱性有重要意義。

通過(guò)CFD方法建立機(jī)器人水下動(dòng)力學(xué)模型的方法已通過(guò)標(biāo)模試驗(yàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛應(yīng)用。2021年，F(xiàn)RANCESCHI等人利用開源CFD代碼OpenFoam求解了船體本地和附加質(zhì)量的水動(dòng)力系數(shù)，完成了對(duì)雙軸艦船的操縱性質(zhì)量評(píng)估[3]，研究表明，應(yīng)用CFD流體分析方法可以得到較為準(zhǔn)確的結(jié)果。2019年，GO等人提出了一種利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)求解拖魚水下航行器水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)的新方法[4]，并進(jìn)行了不同速度下拖魚在3種運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景的六自由度仿真，最后通過(guò)虛擬仿真結(jié)果與理論對(duì)比分析，驗(yàn)證了方法的有效性[3]。2017年，意大利DUBBIOSO等人利用非定常CFD求解器詳細(xì)分析了潛艇的機(jī)動(dòng)特性，針對(duì)十字形和X形舵進(jìn)行水平面的三自由度運(yùn)動(dòng)分析，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，研究結(jié)果表明X形舵具備更加優(yōu)異的轉(zhuǎn)彎能力[5]。上海交通大學(xué)萬(wàn)教授團(tuán)隊(duì)基于OpenFOAM仿真平臺(tái)，開發(fā)了一款船舶自航行求解器naoe-FOAM-SJTU[6]，實(shí)現(xiàn)了船舶航行的直接數(shù)值模擬。結(jié)合上述研究現(xiàn)況分析可知，基于CFD的間接求解方法計(jì)算效率和精度高，且易于參數(shù)化，便于進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模型的修正和機(jī)器人優(yōu)化設(shè)計(jì)。

本文以一種利用波動(dòng)鰭推進(jìn)的輪–鰭–槳機(jī)器人為研究對(duì)象，通過(guò)CFD技術(shù)針對(duì)機(jī)器人水下多種運(yùn)動(dòng)模態(tài)進(jìn)行數(shù)值求解，分析得到機(jī)器人不同運(yùn)動(dòng)模態(tài)下的水動(dòng)力特性，求解水動(dòng)力參數(shù)，建立機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型。構(gòu)建水下運(yùn)動(dòng)仿真平臺(tái)，通過(guò)機(jī)器人直航、回轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)模態(tài)研究其水下操縱性，并驗(yàn)證動(dòng)力學(xué)模型的準(zhǔn)確性和有效性[6]，為進(jìn)一步研究多模態(tài)水陸兩棲機(jī)器人操縱特性奠定了理論與技術(shù)基礎(chǔ)。

1 機(jī)器人坐標(biāo)系建立及數(shù)值求解方法

1.1 坐標(biāo)系建立

如下圖1所示，本文采用了國(guó)際水池會(huì)議（ITTC）推薦的體系，建立水陸兩棲機(jī)器人的坐標(biāo)系：

圖1 水陸兩棲機(jī)器人坐標(biāo)系示意Fig.1 Schematic diagram of the coordinate system for amphibious robots

大地坐標(biāo)系Oexeyeze–固定坐標(biāo)系。該坐標(biāo)系Oe為空間中任一點(diǎn)，且Oeze正向指向地心，Oexe和Oeye位于水平面內(nèi)且互相垂直。

隨體坐標(biāo)系Obxbybzb–運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系。原點(diǎn)與機(jī)器人浮心重合，Obxb軸沿機(jī)器人前進(jìn)方向?yàn)檎?，Obyb軸沿機(jī)器人右側(cè)方向?yàn)檎琌bzb軸垂直于Obxbyb平面指向下為正。

鰭面坐標(biāo)系Ofxfyfzf–鰭面坐標(biāo)系。各坐標(biāo)軸正向與波動(dòng)鰭動(dòng)力學(xué)建模分析中坐標(biāo)系相同。

1.2 計(jì)算模型

本文以機(jī)器人三維模型為基礎(chǔ)構(gòu)建仿真計(jì)算模型，計(jì)算模型將其內(nèi)部填充為實(shí)體，保留整體的外形輪廓；同時(shí)針對(duì)局部細(xì)節(jié)進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，提高計(jì)算速率。最終構(gòu)建的機(jī)器人水下仿真模型如下圖2所示，其尺寸為1 150 mm×607 mm×280 mm（長(zhǎng)×寬×高）。

1.3 網(wǎng)格劃分

根據(jù)機(jī)器人尺寸劃分外流場(chǎng)和密度盒內(nèi)外2部分計(jì)算域。其中：外流場(chǎng)尺寸為8L×6L×6L，密度盒尺寸為1.3L×0.8L×0.5L，L為機(jī)器人體長(zhǎng)。計(jì)算模型放置于密度盒中，距離流體域速度入口的距離為3L，尾部距離壓力出口4L，如圖3所示。

圖3 流場(chǎng)范圍及邊界條件Fig.3 Flow field range and boundary conditions

本文采用ICEM軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分。外流場(chǎng)計(jì)算域尺寸較大，且無(wú)計(jì)算模型，故采用結(jié)構(gòu)六面體網(wǎng)格進(jìn)行劃分；由于計(jì)算模型在部分工況中非靜止，故密度盒內(nèi)網(wǎng)格劃分采用適應(yīng)性強(qiáng)的四面體非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，該網(wǎng)格支持smooth和remesh共2種動(dòng)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)更新方法，在機(jī)器人計(jì)算模型表面進(jìn)行加密，保證計(jì)算精度；2個(gè)計(jì)算域間采用interface邊界條件連接，并在接觸面處進(jìn)行加密，如圖4所示。

圖4 計(jì)算域網(wǎng)格劃分Fig.4 Computational domain grid partitioning

1.4 仿真參數(shù)設(shè)定

機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的外流場(chǎng)通常呈現(xiàn)大雷諾數(shù)湍流，因此采用可準(zhǔn)確描述流場(chǎng)演化規(guī)律的N-S方程進(jìn)行求解，笛卡爾坐標(biāo)系下RANS方程如下：

經(jīng)無(wú)關(guān)性驗(yàn)證，確定密度盒內(nèi)流場(chǎng)網(wǎng)格數(shù)量為2640 000和時(shí)間步長(zhǎng)為1/40 T時(shí)滿足精度要求，同時(shí)計(jì)算效率較高。

機(jī)器人仿真計(jì)算參數(shù)設(shè)定如表1所示。

表1 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)仿真參數(shù)Table 1 Robot motion simulation parameters

2 水動(dòng)力系數(shù)求解與動(dòng)力學(xué)建模

根據(jù)受力分析可知，若要建立機(jī)器人水下動(dòng)力學(xué)模型，首先需要求解機(jī)器人在水下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的水動(dòng)力[6]。求解機(jī)器人水動(dòng)力系數(shù)成為建立動(dòng)力學(xué)模型的關(guān)鍵。出于研究周期和成本考慮，常采用CFD技術(shù)求解機(jī)器人不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的水動(dòng)力系數(shù)。

2.1 純縱蕩運(yùn)動(dòng)

進(jìn)行純縱蕩運(yùn)動(dòng)仿真可求解機(jī)器人沿x軸方向速度u的慣性水動(dòng)力系數(shù)Xu′˙，其運(yùn)動(dòng)方程如式（2）所示，根據(jù)運(yùn)動(dòng)方程編寫流體仿真UDF文件，實(shí)現(xiàn)計(jì)算模型在流場(chǎng)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。

式中：U為流場(chǎng)流速，m/s；A為機(jī)器人正弦運(yùn)動(dòng)的幅值，設(shè)置A=40 mm；f為機(jī)器人純縱蕩運(yùn)動(dòng)頻率，取f=0.3 Hz、f=0.4 Hz、f=0.5 Hz共3組工況進(jìn)行求解。

純縱蕩運(yùn)動(dòng)中機(jī)器人所受力的表達(dá)式為

計(jì)算收斂之后，機(jī)器人純縱蕩運(yùn)動(dòng)中受到的x軸方向的阻力X如圖5所示，由于數(shù)值仿真前期數(shù)據(jù)波動(dòng)較大，可靠性低，因此本文選擇10～20 s仿真時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，此時(shí)計(jì)算已穩(wěn)定。

圖5 純縱蕩運(yùn)動(dòng)中x軸受力曲線圖Fig.5 X-axis force curves in pure surge motion

通過(guò)曲線擬合，得到公式系數(shù)如表2所示。

由于機(jī)器人在水下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中很少進(jìn)行反向運(yùn)動(dòng)，若采用純縱蕩運(yùn)動(dòng)求解粘性水動(dòng)力系數(shù)會(huì)造成較大誤差，因此該工況僅用于求解慣性水動(dòng)力系數(shù)，而粘性水動(dòng)力系數(shù)由穩(wěn)態(tài)直航運(yùn)動(dòng)進(jìn)行求解。公式系數(shù)與水動(dòng)力系數(shù)的關(guān)系式為

通過(guò)建立公式系數(shù)Xa和-1/2ρL3Aω2之間的線性關(guān)系求解縱蕩運(yùn)動(dòng)的水動(dòng)力系數(shù)，曲線的斜率即為水動(dòng)力系數(shù)，而從小幅度振蕩的線性理論可知，由多工況繪制的曲線應(yīng)該具備過(guò)原點(diǎn)特征[9]，因此建立的過(guò)原點(diǎn)曲線如圖6所示。

圖6 過(guò)原點(diǎn)擬合X軸加速度系數(shù)曲線Fig.6 A curve of fitting X-axis acceleration coefficient through the origin

由圖6可以看出，公式系數(shù)Xa和-1/2ρL3Aω2之間整體呈線性關(guān)系，且數(shù)據(jù)擬合效果較好，證明了動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)仿真求解機(jī)器人水動(dòng)力系數(shù)的有效性，求得機(jī)器人純縱蕩運(yùn)動(dòng)無(wú)因次化水動(dòng)力系數(shù)：

2.2 水動(dòng)力系數(shù)求解匯總

以純縱蕩運(yùn)動(dòng)求解過(guò)程為例，可以求解與無(wú)因次化處理其它水動(dòng)力系數(shù)。具體可參考文獻(xiàn)[10]。機(jī)器人水動(dòng)力系數(shù)計(jì)算結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表3 水動(dòng)力系數(shù)計(jì)算結(jié)果匯總Table 3 Summary of hydrodynamic coefficient calculation results

2.3 五自由度動(dòng)力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)建模

結(jié)合機(jī)器人受力分析及水動(dòng)力系數(shù)求解結(jié)果，可建立其動(dòng)力學(xué)模型，忽略機(jī)器人橫搖小擾動(dòng)的影響[7]，將機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方程簡(jiǎn)化為五自由度動(dòng)力學(xué)方程：

同理，可將機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方程進(jìn)一步簡(jiǎn)化，得到其平動(dòng)方程：

轉(zhuǎn)動(dòng)方程為

基于數(shù)值仿真結(jié)果建立了機(jī)器人五自由度運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型，為機(jī)器人水下操縱性分析研究奠定了基礎(chǔ)。

3 機(jī)器人水下操縱性運(yùn)動(dòng)特性研究

機(jī)器人水下操縱性運(yùn)動(dòng)特性分析是基于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)仿真方程，通過(guò)設(shè)定初始運(yùn)動(dòng)參數(shù)及機(jī)器人推力，以數(shù)值積分的方式求解機(jī)器人下一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可以直觀地看到水動(dòng)力對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的影響?？梢灶A(yù)報(bào)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，驗(yàn)證運(yùn)動(dòng)模型的準(zhǔn)確性；同時(shí)可以總結(jié)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)律，為機(jī)器人的優(yōu)化和研制提供指導(dǎo)。

3.1 運(yùn)動(dòng)仿真數(shù)值計(jì)算方法

為了保證仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，機(jī)器人的仿真方程計(jì)算過(guò)程中，本文采用精度高、易收斂的四階經(jīng)典龍格庫(kù)塔法進(jìn)行積分。計(jì)算方法如下：

其中：

3.2 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果及分析

基于操縱性仿真運(yùn)動(dòng)模型，本文針對(duì)機(jī)器人直航運(yùn)動(dòng)及水平面回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)開展仿真研究，分析機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并對(duì)水動(dòng)力系數(shù)和動(dòng)力學(xué)模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證。

3.2.1 機(jī)器人直航運(yùn)動(dòng)仿真

初始狀態(tài)下，機(jī)器人的初始運(yùn)動(dòng)速度和姿態(tài)角均為0，首先設(shè)置推進(jìn)器推力為10 N，接著每隔30 N進(jìn)行一次運(yùn)動(dòng)仿真，求解不同推力下機(jī)器人航速和最大推力下的極限速度，結(jié)果如圖7所示。

圖7 不同推力下機(jī)器人航速曲線Fig.7 Robot speed curves under different thrusts

由圖7中機(jī)器人運(yùn)動(dòng)航速曲線可知：

1）當(dāng)推進(jìn)器推力P＝10N時(shí)，機(jī)器人航速u＝0.36m/s；當(dāng)P＝40N時(shí)，u＝0.72m/s；P＝70N ，u＝0.95m/s；而推進(jìn)器最大合力106 N左右，機(jī)器人最大航速約為1.17 m/s。

2）機(jī)器人在螺旋槳推進(jìn)力的作用下，由靜止開始加速，且加速時(shí)間隨著推進(jìn)力的增大而縮短，最終速度趨于穩(wěn)定。

3）當(dāng)水動(dòng)力與推力平衡時(shí)，機(jī)器人進(jìn)入勻速行駛階段。隨著推力增大，機(jī)器人航速越大，阻力逐漸增大，而航速增長(zhǎng)速率逐漸減小，符合機(jī)器人水下直航的一般規(guī)律。

3.2.2 機(jī)器人水平面回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

設(shè)置機(jī)器人左右推進(jìn)器推力P＝10N，搖艏力矩N＝-3N?m ，機(jī)器人由靜止開始運(yùn)動(dòng)，仿真時(shí)間設(shè)置為70 s。其運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)器人在隨體坐標(biāo)系中的縱向速度u、橫向速度v、垂向速度w的變化曲線如圖8所示。

圖8 機(jī)器人水平面回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)Fig.8 Robot horizontal rotation motion

由圖8可知：

1）機(jī)器人在推力P和搖艏力矩N的作用下，由靜止開始加速，在10 s之后開始進(jìn)入勻速回轉(zhuǎn)階段。

2）當(dāng)機(jī)器人開始勻速回轉(zhuǎn)時(shí)，此時(shí)縱向速度u＝0.32m/s ，橫向速度v＝0.035m/s，回轉(zhuǎn)半徑R約為3.095 m。

3）機(jī)器人在推進(jìn)器推力和搖艏力矩的作用下可實(shí)現(xiàn)水下回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，符合水下機(jī)器人水平回轉(zhuǎn)的一般規(guī)律。

結(jié)果表明，機(jī)器人水下運(yùn)動(dòng)基本符合一般水下機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，驗(yàn)證了水動(dòng)力系數(shù)求解的準(zhǔn)確性和五自由度運(yùn)動(dòng)方程的有效性，該方程可通過(guò)一系列仿真預(yù)報(bào)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，總結(jié)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，為機(jī)器人閉環(huán)運(yùn)動(dòng)控制研究奠定了基礎(chǔ)。

4 機(jī)器人水下操縱性運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)

為了進(jìn)一步研究機(jī)器人水下運(yùn)動(dòng)操縱性，本文開展水下操縱性實(shí)驗(yàn)，與數(shù)值仿真結(jié)果對(duì)比分析，從而驗(yàn)證機(jī)器人水動(dòng)力系數(shù)和動(dòng)力學(xué)模型的準(zhǔn)確性。

4.1 直航運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證機(jī)器人直航運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)改變推進(jìn)器推力進(jìn)行機(jī)器人不同航速測(cè)試。機(jī)器人在推進(jìn)器作用下從靜止開始加速，加速完成后通過(guò)10 m標(biāo)準(zhǔn)航段，監(jiān)測(cè)所需時(shí)長(zhǎng)，從而計(jì)算出機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖9所示。

圖9 不同推力下機(jī)器人水下航行速度Fig.9 Underwater navigation speed of robots under different thrusts

將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真數(shù)據(jù)對(duì)比分析，其結(jié)果如下表4所示。

表4 不同推力下機(jī)器人航行速度Table 4 Robot navigation speed under different thrusts

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，機(jī)器人水下航行速度隨著推力增大而不斷增大，而阻力也顯著提高，因此機(jī)器人速度增長(zhǎng)速率逐漸減小，符合水下機(jī)器人的一般運(yùn)動(dòng)規(guī)律；且速度誤差小于6%，可見實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真數(shù)據(jù)吻合較好，初步驗(yàn)證了機(jī)器人水動(dòng)力系數(shù)和動(dòng)力學(xué)模型的準(zhǔn)確性，說(shuō)明了利用動(dòng)力學(xué)模型研究機(jī)器人水下運(yùn)動(dòng)特性的可行性。

4.2 水平面回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

為了進(jìn)一步驗(yàn)證水動(dòng)力系數(shù)求解和動(dòng)力學(xué)模型的準(zhǔn)確性，進(jìn)行機(jī)器人水平面回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)通過(guò)UWB（Ultra Wide Band，超寬帶）高精度導(dǎo)航定位系統(tǒng)采集機(jī)器人的位置信息，如圖10所示。UWB定位系統(tǒng)由基站、標(biāo)簽和控制臺(tái)3部分組成，基站的4個(gè)Link Track P-B模塊分別位于矩形實(shí)驗(yàn)區(qū)域四角；標(biāo)簽同樣采用Link Track P-B模塊，安裝在機(jī)器人上，標(biāo)簽可測(cè)量到基站的距離并解算出坐標(biāo)信息；控制臺(tái)可與標(biāo)簽、基站通信，在上位機(jī)軟件中實(shí)時(shí)顯示機(jī)器人位置信息。UWB定位系統(tǒng)的2維定位精度為10 cm；當(dāng)定位頻率為200 Hz時(shí)，延遲為5 ms；最遠(yuǎn)通信距離為1 500 m。

圖10 UWB定位系統(tǒng)原理示意圖Fig.10 Schematic diagram of UWB positioning system principle

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，初始條件設(shè)置機(jī)器人推進(jìn)力合力為10 N，接著基于初始條件分別設(shè)置兩側(cè)的推進(jìn)器推力，在滿足推力要求的同時(shí)使機(jī)器人搖艏力矩為3 N·m。實(shí)驗(yàn)過(guò)程如圖11所示，機(jī)器人從靜止加速進(jìn)行水平面回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由于噪聲干擾出現(xiàn)小范圍波動(dòng)，因此將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)局部二次回歸進(jìn)行平滑處理，機(jī)器人水平面回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的仿真數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及擬合數(shù)據(jù)如圖12所示。

圖12 機(jī)器人水平面回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡Fig.12 Robot horizontal rotation motion trajectories

由于游泳池水流循環(huán)系統(tǒng)的影響，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地并非靜水環(huán)境，存在隨機(jī)水流的干擾。由運(yùn)動(dòng)軌跡可知，在第2圈回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，機(jī)器人于1/4航程處偏航角發(fā)生了明顯變化，導(dǎo)致后續(xù)運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，因?qū)嶒?yàn)環(huán)境與仿真環(huán)境一致性不高，誤差較大。故以第1圈機(jī)器人軌跡進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，在推進(jìn)力和搖艏力矩作用下機(jī)器人進(jìn)行水平面回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡近似為圓，與仿真數(shù)據(jù)重合度較高，規(guī)律一致，最大偏移量為0.15 m，偏差小于5%，滿足精度要求。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明機(jī)器人水平面回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)特性與仿真結(jié)果相符，進(jìn)一步驗(yàn)證了動(dòng)力學(xué)模型的準(zhǔn)確性。

5 結(jié)束語(yǔ)

仿生波動(dòng)鰭水陸兩棲機(jī)器人憑借隱蔽性強(qiáng)、機(jī)動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)成為海洋設(shè)備的研究熱點(diǎn)，然而由于現(xiàn)階段仿生機(jī)器人仿生程度低、推進(jìn)性能差、作業(yè)環(huán)境復(fù)雜等客觀因素，使其在執(zhí)行任務(wù)中面臨著推進(jìn)速度慢、效率低等困境。針對(duì)上述問(wèn)題，本文圍繞新型水陸兩棲機(jī)器人水下動(dòng)力學(xué)建模、水下操縱性數(shù)值仿真及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等方面開展研究，仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差均不超過(guò)10%，驗(yàn)證了動(dòng)力學(xué)建模的準(zhǔn)確性。相關(guān)成果為進(jìn)一步研究多模態(tài)水陸兩棲機(jī)器人運(yùn)動(dòng)性能奠定了理論與技術(shù)基礎(chǔ)。