【摘 要】
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水陆两栖机器人是一种可以在陆地和水下运动并自由跨越地面和水两种介质的新概念两栖无人平台,可以在陆地、近海滩涂和复杂水下环境执行多样化的作战任务和探测任务,在军事和民用领域都有广阔的应用背景。由于地面行走和水下推进作用的介质差异,两栖机器人通常分别采用不同的机构来实现运动,比如陆地行走采用轮、履带、腿,而水下推进采用螺旋桨、波动鳍等。通过两套独立行走机构组合来研制水陆两栖机器人成为较为成熟的解决方案
【基金项目】
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水陆两栖仿生机器人技术研究项目；
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水陆两栖机器人是一种可以在陆地和水下运动并自由跨越地面和水两种介质的新概念两栖无人平台,可以在陆地、近海滩涂和复杂水下环境执行多样化的作战任务和探测任务,在军事和民用领域都有广阔的应用背景。由于地面行走和水下推进作用的介质差异,两栖机器人通常分别采用不同的机构来实现运动,比如陆地行走采用轮、履带、腿,而水下推进采用螺旋桨、波动鳍等。通过两套独立行走机构组合来研制水陆两栖机器人成为较为成熟的解决方案,但带来主要问题有系统复杂、载重比低、可靠性和效率难以保证。在自然界,鳐鱼具有优异的水下运动能力,蛇类在陆地具有超常的运动能力,二者均基于波动原理行走或推进。受此启发,本项目以鳐鱼和蛇为仿生模本,基于组合仿生的原理提出了一种水陆两栖仿生机器人。该两栖机器人采用仿生波动鳍作为地面和水下一体化运动部件,在水下运动时可以进行类似鳐鱼的波动推进,在地面上同样也可以利用波动鳍行走,此种结构提高了机器人的水陆一体化行走性能。围绕所设计的新型水陆两栖机器人,本文重点开展了机器人陆地行走机理的研究,完成了理论建模、仿真分析和试验验证,包括以下几个方面:（1）基于组合仿生原理,提出了一种新型的三波动鳍式水陆两栖仿生机器人,并基于此种机器人的结构型式,分析其陆地行走机理。（2）建立了仿生波动鳍的设计理论公式,提出了一种弯簧-鳍条组合的仿生波动鳍结构以及其自适应摆动机构,组成了水陆两用仿生波动鳍单元。（3）进行了波动鳍行走机理的分析,将仿生波动鳍简化为二维平面运动,通过运动和力学分析,得出机器人进行陆地行走的运动原理和规律。（4）应用动力学仿真软件,依据前述理论分析参数在软件中建模并进行仿真实验,分析了结构与运行参数对机器人陆地行走与水下游动性能的影响。（5）研制了试验样机并进行行走机理实验,并与仿真分析结果进行对比,验证了波动鳍陆地行走的可行性与规律性,同时进行了水陆环境转换过程的实验,实现了该水陆两栖机器人的一体化行走。
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