多模态仿生水下机器人

路径跟随提速近3倍

融合正弦偏移与非对称转向信号，自适应切换多种运动模式，兼顾小转弯半径与低功耗，显著提升水下机器人的路径跟随速度。

Xiaofei, Wang · 周超 · Wang, Jian · 范俊峰 · Zhang, Zhuoliang · Chang, Wenkai

Nonlinear Dynamics 2024

参数信息

游动速度提升倍数（直线路径跟随）

3.49 ×

游动速度提升倍数（转向路径跟随）

2.92 ×

技术优势

转弯半径更小

采用正弦偏移与单侧非对称转向信号，在低频和较高频范围内分别实现更小的转弯半径和更低的功耗，适用于不同场景。

模式自主切换

所提出的切换模型预测控制策略根据实时偏航角误差调整状态误差权重，实现多种运动模式的自主切换，从而提高任务完成效率。

跟随速度成倍提升

在直线和转向路径跟随控制任务中，游动速度性能分别提升3.49倍和2.92倍，显著提高任务执行效率。

应用场景

• 自主水下航行器：高机动与多模式切换可提升自主航行器在复杂环境中的路径跟随效率。
• 群体水下机器人：小转弯半径与低功耗特性有利于群体机器人在有限空间内协同避障与编队控制。
• 水下机械工程：转向信号设计与控制策略为水下机械系统的运动规划与执行机构设计提供参考。
• 仿生水下推进：多运动模式仿生推进在保持推进效率的同时实现灵活转向，推进仿生推进技术实用化。