蛇形机器人水下3D运动建模与仿真

来源：机器人杂志2015年第3期北京时间：

作者：李立, 王明辉, 李斌, 吕艳辉, 郭宪

摘要：由于蛇形机器人具有多关节、超冗余自由度的特点，以及水环境高度复杂非线性化，使得蛇形机器人的水下 3 维步态难以通过实验进行验证、分析及优化 针对这些问题，根据蛇形机器人样机 “探查者Ⅲ”，搭建了水下运动的仿真分析系统.首先，分析了蛇形机器人水下运动时不同姿态下的水静力，计算了机器人受到的附加质量力和黏滞阻力的线性项和非线性项，并研究了流体力矩对水下运动的影响.然后，基于 Morison 方程建立了机器人与水交互的力学模型.最后，在仿真分析系统中对逐节下潜步态进行仿真，分析机器人的运动性能，并进行相应的实验.通过前进速度、下潜速度、运动趋势的对比表明:该力学模型能比较准确地模拟机器人与水环境的交互作用，仿真分析系统能用来验证和分析蛇形机器人的水下 3 维运动步态.

关键词：水下蛇形机器人, 力学模型, 水动力, 仿真分析