机械工程学报 ›› 2026, Vol. 62 ›› Issue (5): 215-229.doi: 10.3901/JME.260239
• 机器人及机构学 • 上一篇
郭世航1, 王神龙1, 侯锦辉1, 李永歌2,3
GUO Shihang1, WANG Shenlong1, HOU Jinhui1, LI Yongge2,3
摘要: 水下软体机器人发展迅速、应用广泛,在海洋勘探、军事应用以及工业生产中具有重要意义。然而,现有水下软体机器人大多采用单驱动器实现单自由度运动,或通过多个驱动器控制多自由度运动,一定程度上增加了系统的复杂性。基于此,提出一种基于单磁驱动的可实现水下多自由度运动的软体机器人,该机器人由磁铁、线圈和PET背鳍组成磁驱动器,电源、控制和驱动系统集成在软硅胶鱼体中以应对复杂环境。对磁驱动器施加特定频率的正负电流,驱动背鳍摆动为机器鱼提供下潜推力,利用机器鱼横摇运动带动胸鳍硅胶薄膜产生周期性形变,扰动水流实现前进,通过改变背鳍驱动电压占空比实现转向。基于拉格朗日法建立机器鱼横摇运动方程,利用机械波函数模拟胸鳍实际运动轨迹,并结合牛顿-欧拉法与Morrison方程建立机器鱼下潜运动与前进运动的动力学模型。通过试验数据确定了模型参数,并证实所建模型的准确性。开展样机前进、浮沉、转向等试验测试,证实其水下多自由度运动特性,其在水中前进速度可达0.77 BL/s,下潜速度可达0.26 BL/s,转弯半径最小为1.30 BL,并通过2.7 ℃低温试验证实其具备抵抗低温环境的能力。该机器鱼可拓展应用于多种柔性智能装备中,为海洋探索领域的软体机器人设计提供新思路。
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