深海爬游機(jī)器人概念及關(guān)鍵技術(shù)分析

陳虹，王心亮，魏偉，劉智，馬哲松，鄭超，唐平鵬

武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所，湖北 武漢 430205

0 引 言

海洋占地球表面積的71%，是地球上最大的自然地理單元，擁有地球上最多的生物種類和豐富的自然資源。而深度超過(guò)1 000 m的深海區(qū)域蘊(yùn)藏著豐富的油氣、礦產(chǎn)、生物和深海水等資源，是地球上尚未被人類充分認(rèn)識(shí)和開(kāi)發(fā)利用的戰(zhàn)略性資源基地，也是人類未來(lái)大規(guī)模開(kāi)發(fā)的最廣闊地區(qū)［1］。

由于人類難以在海洋環(huán)境條件下生存，因此對(duì)海洋的探索和開(kāi)發(fā)離不開(kāi)各種海洋裝備。深海機(jī)器人是一類重要的海洋裝備，通過(guò)搭載的各種電子、機(jī)械設(shè)備，能夠快速、準(zhǔn)確地巡游于深海環(huán)境，進(jìn)行深海資源勘探、科學(xué)考察、礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)以及完成某些特殊任務(wù)［2］。深海機(jī)器人的技術(shù)水平一定程度上標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家海洋資源勘探、開(kāi)發(fā)的科技水平和海洋權(quán)益維護(hù)的能力。

近年來(lái)，世界各國(guó)針對(duì)深海機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行了廣泛研究，已研制出多種類型的深海機(jī)器人。其中自主式水下機(jī)器人（AUV）和遙控水下機(jī)器人（ROV）是研究較多的深海機(jī)器人。在深海AUV方面，國(guó)外著名的有美國(guó)麻省理工學(xué)院開(kāi)發(fā)的Odyssey系列［3］、加拿大ISE公司研發(fā)的Explorer AUV［4］等，國(guó)內(nèi)也有中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所聯(lián)合哈爾濱工程大學(xué)等單位研制的CR-01及其改進(jìn)型CR-02，以及后來(lái)自主研制的“潛龍一號(hào)”和“潛龍二號(hào)”［5-6］，如圖1所示。在深海ROV方面，國(guó)外著名的有美國(guó)伍茲霍爾海洋研究所研制的Jason號(hào)、日本海洋科學(xué)技術(shù)中心研制的KAIKO 7000號(hào)等，國(guó)內(nèi)上海交通大學(xué)也先后研制出了“海龍”號(hào)和“海馬”號(hào)ROV［7］，如圖2所示。對(duì)比AUV與ROV可知，AUV無(wú)需電纜遙控，活動(dòng)范圍大，探測(cè)能力強(qiáng)，但懸停定位、穩(wěn)定作業(yè)能力不足，而ROV依靠多個(gè)不同方向的推進(jìn)器提供穩(wěn)定推力，可精確移動(dòng)定位和作業(yè)，但活動(dòng)范圍受拖纜的限制。AUV和ROV往往設(shè)計(jì)為零浮力，因而在復(fù)雜的海底作業(yè)時(shí)會(huì)受到比較大的限制，而爬行機(jī)器人在這方面則有著先天優(yōu)勢(shì)。

近年來(lái)，隨著陸上多足機(jī)器人的發(fā)展，國(guó)外也開(kāi)始了水下多足機(jī)器人的研究。如美國(guó)賓西法尼亞大學(xué)研制的Rhex［8］、加拿大麥吉爾大學(xué)研制的AQUA［9］、韓國(guó)海洋系統(tǒng)研究工程部2015年研制的纜控水下多足仿生機(jī)器人CR200［10］（圖3）以及目前正在研制的深海版CR6000等。水下多足機(jī)器人可以像龍蝦和螃蟹一樣在海底爬行。研究表明，爬行機(jī)器人具有地形適應(yīng)性好、海底作業(yè)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也顯露出其能源利用效率低、機(jī)動(dòng)能力弱等不足。

鑒于此，本文提出一種既可在水下巡游，又能在海底爬行的爬游混合型機(jī)器人新概念，并對(duì)爬游機(jī)器人水下運(yùn)動(dòng)模式存在的挑戰(zhàn)及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入分析，同時(shí)對(duì)爬游機(jī)器人實(shí)體樣機(jī)的研制進(jìn)展做簡(jiǎn)要介紹。

1 爬游機(jī)器人概念及特點(diǎn)

針對(duì)深海海底復(fù)雜環(huán)境下的穩(wěn)定探測(cè)和精確作業(yè)等任務(wù)需求，深海爬游混合型機(jī)器人既可通過(guò)多肢多關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)海底復(fù)雜地形中的精確移動(dòng)和洋流干擾下的穩(wěn)定坐底，也可利用導(dǎo)管螺旋槳推動(dòng)爬游機(jī)器人進(jìn)行快速遠(yuǎn)距離的水下巡游。通過(guò)合理規(guī)劃爬行和游動(dòng)的組合軌跡與控制，實(shí)現(xiàn)有限能源的最優(yōu)利用。兼具AUV高效大范圍的機(jī)動(dòng)能力與ROV的精確移動(dòng)定位能力，還可在復(fù)雜的海底地形和洋流擾動(dòng)下，進(jìn)行穩(wěn)定的海底作業(yè)。此外，在海底采用足式移動(dòng)，相對(duì)輪式、履帶式及螺旋槳對(duì)海底沉積物擾動(dòng)小，可為所攜帶的探測(cè)傳感設(shè)備提供更好的探測(cè)條件，便于對(duì)海底作業(yè)目標(biāo)的探測(cè)和識(shí)別。

爬游機(jī)器人采用模塊結(jié)構(gòu)，主要包括4個(gè)組成部分：

1）平臺(tái)與動(dòng)力系統(tǒng)，包含主控制艙、拋載控制艙、本體框架、主電源、浮力材料、主推進(jìn)器和垂直推進(jìn)器。

2）機(jī)械腿系統(tǒng)，包含前腿、中腿、后腿、機(jī)械手和足力傳感器。其中，前腿可兼作機(jī)械手。

3）導(dǎo)航與控制系統(tǒng)，包含控制電子艙、導(dǎo)航計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制計(jì)算機(jī)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、超短基線定位和水聲通信系統(tǒng)、頻閃燈、高度計(jì)、深度計(jì)、水下照明、水下相機(jī)及避碰聲吶。

4）安全拋載系統(tǒng)。

其總體方案如圖4所示。主體結(jié)構(gòu)采用框架式，6條多關(guān)節(jié)機(jī)械腿對(duì)稱布置于框架下方兩側(cè)，1對(duì)導(dǎo)管槳推進(jìn)器水平安裝在框架后部?？蚣苤胁坎贾糜腥菁{各類控制器件的控制電子艙，高能量密度主電源、潛浮與應(yīng)急拋載系統(tǒng)等機(jī)構(gòu)及模塊位于耐壓艙下面的框架結(jié)構(gòu)下部。框架上不采用浮力材料填充包覆，本體部分采用非回轉(zhuǎn)體流線外形，以使爬游機(jī)器人獲得較好的水動(dòng)力性能及站立抗擾流性能。

針對(duì)深?？茖W(xué)考察、環(huán)境監(jiān)測(cè)、工程實(shí)施、應(yīng)急搜救等需求，在進(jìn)行深海爬游機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究的同時(shí)，同步開(kāi)展實(shí)體工程樣機(jī)研制工作，并通過(guò)海試對(duì)爬游機(jī)器人的相關(guān)性能進(jìn)行驗(yàn)證。該爬游機(jī)器人的主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 爬游機(jī)器人主要技術(shù)指標(biāo)Table 1 The technical specifications of walking-swimming robot

2 關(guān)鍵技術(shù)分析

爬游機(jī)器人不是在現(xiàn)有多足機(jī)器人的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)單地加個(gè)螺旋槳就可以實(shí)現(xiàn)的。首先，爬、游混合將帶來(lái)更加豐富的運(yùn)動(dòng)模式，爬游機(jī)器人獨(dú)有的多模式平穩(wěn)切換對(duì)于實(shí)現(xiàn)其水下功能至關(guān)重要；其次，爬游機(jī)器人為無(wú)纜自主機(jī)器人，所攜帶的能源有限，需要優(yōu)化不同運(yùn)動(dòng)模式的能源消耗以實(shí)現(xiàn)更好的任務(wù)完成能力；最后，爬游機(jī)器人的應(yīng)用環(huán)境在深海，設(shè)備器件都需要承受高水壓，尤其是機(jī)械腿電動(dòng)關(guān)節(jié)往復(fù)擺動(dòng)密封不同于常規(guī)螺旋槳?jiǎng)用芊?。這些獨(dú)特的應(yīng)用特點(diǎn)將帶來(lái)一系列不同于傳統(tǒng)水下機(jī)器人的新的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

通過(guò)總結(jié)分析可以發(fā)現(xiàn)，爬游機(jī)器人需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題除了通常AUV中需要解決的水動(dòng)力性能、耐壓結(jié)構(gòu)以及爬行機(jī)器人要解決的行走步態(tài)等關(guān)鍵技術(shù)外，還需解決適應(yīng)其應(yīng)用特點(diǎn)的特殊問(wèn)題，包括爬游切換時(shí)的穩(wěn)定控制、洋流擾動(dòng)下如何穩(wěn)定、多運(yùn)動(dòng)模式如何規(guī)劃調(diào)節(jié)才能有效利用能量、運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的高壓密封，以及新型爬游機(jī)器人總體集成與優(yōu)化等。

2.1 運(yùn)動(dòng)姿態(tài)調(diào)節(jié)

爬游機(jī)器人不同于傳統(tǒng)爬行機(jī)器人的重要方面是其兼具有海底爬行和水中游動(dòng)功能，這也使其擁有了更多的運(yùn)動(dòng)模式，在水下主要包括下潛、巡游、落底、坐底、爬行、作業(yè)、起底、上浮等8種方式。而由本體和機(jī)械腿構(gòu)成的爬游機(jī)器人腿部重量較大，可通過(guò)調(diào)整腿部關(guān)節(jié)的角度來(lái)調(diào)節(jié)機(jī)器人整體的重心高度。多種穩(wěn)定調(diào)節(jié)的手段以及更加豐富的運(yùn)動(dòng)模式，使得爬游機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)調(diào)節(jié)對(duì)于爬游機(jī)器人水下運(yùn)行的安全穩(wěn)定具有重要意義。

爬游機(jī)器人在爬行/游動(dòng)混合運(yùn)動(dòng)模式中，其姿態(tài)、航速變化幅度較大，存在多種非線性不確定性，多足與推進(jìn)器作用效能時(shí)變，系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度較低，極易失穩(wěn)。因此，既需要綜合考慮爬游機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的可達(dá)性和狀態(tài)切換的平穩(wěn)性，又需要具備在復(fù)雜海流及多種非線性不確定性干擾情況下的魯棒控制能力。需針對(duì)爬游機(jī)器人爬行模式與游動(dòng)模式之間的切換，設(shè)計(jì)爬游混合運(yùn)動(dòng)控制算法。規(guī)劃模式轉(zhuǎn)化過(guò)程中軀體的姿態(tài)變化軌跡、多肢關(guān)節(jié)的路徑以及推進(jìn)器的控制策略，在足力、關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)下，引導(dǎo)爬游機(jī)器人姿態(tài)由爬行姿態(tài)逐漸躍起，在推進(jìn)器的動(dòng)力下離地游動(dòng)，多肢關(guān)節(jié)在變換到巡游模式時(shí)，需要配合機(jī)械腿完成姿態(tài)的閉環(huán)調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)爬行到游動(dòng)的混合平滑切換控制。同理，需實(shí)現(xiàn)由巡游模式到爬行模式的反向轉(zhuǎn)換。

針對(duì)游動(dòng)模式與爬行模式切換的落底和起底過(guò)程，以爬行平衡狀態(tài)為起點(diǎn)，巡游狀態(tài)為終點(diǎn)，以狀態(tài)和能量變化最小為目標(biāo)函數(shù)，連續(xù)求解模式轉(zhuǎn)換過(guò)程中的軀體和關(guān)節(jié)的平衡點(diǎn)狀態(tài)，形成模式轉(zhuǎn)換路徑，即一系列連續(xù)變化的航速、姿態(tài)、多肢關(guān)節(jié)偏轉(zhuǎn)構(gòu)成的平衡點(diǎn)；以轉(zhuǎn)換路徑作為參考指令，不同平衡點(diǎn)根據(jù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各腿部關(guān)節(jié)以及推進(jìn)器對(duì)于姿態(tài)的作用效能，根據(jù)逆動(dòng)力學(xué)求解姿態(tài)平衡所需的力和力矩，然后按照比例分配給相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并采用模糊推理根據(jù)當(dāng)前的航速及姿態(tài)對(duì)連續(xù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行綜合推理分析，從而實(shí)現(xiàn)多模式爬行/游動(dòng)平滑切換的混合運(yùn)動(dòng)控制。落底/起底控制邏輯圖如圖5所示。

2.2 多肢多關(guān)節(jié)協(xié)同抗擾流

由于海水的密度約為空氣密度的800倍，使得爬游機(jī)器人在水底移動(dòng)及遭遇擾流時(shí)的水阻力遠(yuǎn)高于陸上機(jī)器人移動(dòng)受到的空氣阻力，這也是水下機(jī)器人與陸上機(jī)器人的另一顯著差別，在分析水下機(jī)器人的受力時(shí)必須要考慮流動(dòng)阻力的影響。在爬游機(jī)器人水下坐底、爬行和作業(yè)時(shí)，可能受到來(lái)自不同方向的具有一定流速的暗流的擾動(dòng)，對(duì)爬游機(jī)器人的沉底作業(yè)穩(wěn)定性造成了很大的影響。爬游機(jī)器人特有的多肢多關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)使其可通過(guò)機(jī)械關(guān)節(jié)角度的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)本體姿態(tài)的調(diào)整，從而改變受到來(lái)流時(shí)的升力阻力分配，提高其在擾流中的穩(wěn)定性。

根據(jù)爬游機(jī)器人總體方案，結(jié)合設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，開(kāi)展了爬游機(jī)器人本體水動(dòng)力建模與抗洋流穩(wěn)定性研究。通過(guò)CFD數(shù)值計(jì)算手段，對(duì)不同本體傾角條件下的爬游機(jī)器人本體受水動(dòng)力情況進(jìn)行了仿真分析（圖6），獲得了不同傾角時(shí)本體升力、阻力的變化情況。由圖6可知，在相同來(lái)流速度情況下，本體傾角的變化對(duì)受力有顯著影響。

在此基礎(chǔ)上考慮地面邊界效應(yīng)以及支撐足的影響，建立了附加6條足的地面站立爬行機(jī)器人流場(chǎng)仿真模型（圖7），并對(duì)不同來(lái)流以及不同本體傾角條件下的水動(dòng)力性能進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)合動(dòng)態(tài)穩(wěn)定裕度法對(duì)爬游機(jī)器人的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，得到了不同洋流條件下本體的安全活動(dòng)閾值（圖8），下一步將據(jù)此構(gòu)建洋流條件下的爬游機(jī)器人安全運(yùn)行策略。

2.3 低能耗運(yùn)動(dòng)規(guī)劃

作為自主運(yùn)行的爬游機(jī)器人，其所攜帶的能源總量有限，所攜帶能源的利用效率直接決定了爬游機(jī)器人水下的作業(yè)時(shí)間和作業(yè)范圍。爬行具有精確移動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，但能量消耗較高，而游動(dòng)時(shí)的能源利用效率較高，這就使得低能耗運(yùn)動(dòng)規(guī)劃成為爬游機(jī)器人需要解決的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。需要對(duì)不同海底環(huán)境、不同任務(wù)開(kāi)展運(yùn)動(dòng)方式的規(guī)劃，并與優(yōu)化問(wèn)題同時(shí)展開(kāi)分析，對(duì)深海爬游機(jī)器人的路徑規(guī)劃、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、爬行/游動(dòng)模態(tài)的控制算法開(kāi)展研究，構(gòu)造最低能耗規(guī)劃控制算法，提高爬游機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)能耗性能。

低能耗運(yùn)動(dòng)規(guī)劃研究分為局部能耗優(yōu)化和全局能耗優(yōu)化2種。局部?jī)?yōu)化指爬行、游動(dòng)等模態(tài)下的能量損耗最優(yōu)，全局優(yōu)化指基于深海復(fù)雜地貌環(huán)境探測(cè)與能耗評(píng)估，進(jìn)行路徑、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)能量最優(yōu)分配。

針對(duì)局部能耗優(yōu)化，需對(duì)關(guān)節(jié)電機(jī)和推進(jìn)器電機(jī)的能耗進(jìn)行分析。對(duì)足端腳力約束和關(guān)鍵力矩約束進(jìn)行分析，對(duì)爬行、游動(dòng)、爬/游混合姿態(tài)控制結(jié)構(gòu)中的步態(tài)分配、多足腳力控制的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使其在滿足控制性能指標(biāo)及穩(wěn)定裕度的基礎(chǔ)上，降低爬行、巡游、爬游混合等不同運(yùn)動(dòng)模式下的能源消耗。

對(duì)于全局能耗優(yōu)化，需要建立復(fù)雜地貌因素、運(yùn)動(dòng)模式與能量消耗之間的模式分類函數(shù)，對(duì)不同因素的能量損耗進(jìn)行量化分析，結(jié)合系統(tǒng)的約束條件，在保證爬游機(jī)器人的任務(wù)可達(dá)的基礎(chǔ)上，規(guī)劃出一條爬游機(jī)器人從當(dāng)前起點(diǎn)到目標(biāo)任務(wù)點(diǎn)的航行線路。通過(guò)對(duì)周圍環(huán)境中的地形和干擾因素進(jìn)行整體分析，結(jié)合自身的能耗特性，并根據(jù)爬游機(jī)器人具體的作業(yè)任務(wù)進(jìn)行全局路徑規(guī)劃。當(dāng)爬游機(jī)器人需要進(jìn)行大范圍運(yùn)動(dòng)時(shí)，采用巡游的方式；當(dāng)需要進(jìn)行精確作業(yè)時(shí)，則采用爬行的方式；當(dāng)需要抵抗海流擾動(dòng)時(shí)，爬游機(jī)器人通過(guò)爬行并調(diào)整姿態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)。爬游機(jī)器人在水下作業(yè)時(shí)的全局路徑規(guī)劃如圖9所示。其在運(yùn)動(dòng)和作業(yè)的過(guò)程中始終以能耗和作業(yè)任務(wù)為優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)運(yùn)動(dòng)方式和路徑進(jìn)行規(guī)劃，確保在航行過(guò)程中處于耗能最小的狀態(tài)。

2.4 運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)高壓密封

作為深海爬游機(jī)器人，為保證其在深海水下的可靠運(yùn)行，高壓密封是必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題。不同于傳統(tǒng)螺旋槳驅(qū)動(dòng)的AUV和ROV的動(dòng)密封形式，爬游機(jī)器人多肢多關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)是由多個(gè)在一定角度內(nèi)往復(fù)擺動(dòng)的電動(dòng)關(guān)節(jié)組成，其水下爬游姿態(tài)的調(diào)整需要通過(guò)多肢多關(guān)節(jié)機(jī)械臂/腿協(xié)同運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，關(guān)節(jié)的水密可靠是爬游機(jī)器人正常工作的基礎(chǔ)。

關(guān)節(jié)往復(fù)擺動(dòng)的動(dòng)密封既要保證關(guān)節(jié)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、編碼器等器件在水下高壓下的正常工作，也要盡可能減小動(dòng)密封帶來(lái)的電機(jī)效率損失。此外，為了保證機(jī)械腿的運(yùn)動(dòng)良好，關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)應(yīng)尺寸緊湊。因此，關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)為帶有壓力補(bǔ)償型的結(jié)構(gòu)，電機(jī)和速度（位置）傳感器都在浸油環(huán)境中運(yùn)行，并為驅(qū)動(dòng)器等不能承壓器件設(shè)計(jì)專用耐壓結(jié)構(gòu)，通過(guò)靜密封結(jié)構(gòu)與電機(jī)分隔開(kāi)，電機(jī)出軸端采用多種動(dòng)密封的組合密封方式。圖10所示為研制的關(guān)節(jié)樣件，以及在高壓釜中完成的連續(xù)運(yùn)行耐壓測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，電機(jī)在各種工況下運(yùn)轉(zhuǎn)正常，密封良好。

2.5 總體集成與優(yōu)化

爬游機(jī)器人的設(shè)計(jì)涉及多種專業(yè)，需要綜合運(yùn)用水動(dòng)力、結(jié)構(gòu)、機(jī)械、電氣、通信、控制等多方面的知識(shí)才能完成設(shè)計(jì)。此外，設(shè)計(jì)問(wèn)題相互耦合，各性能參數(shù)之間相互制約，使得某一設(shè)計(jì)參數(shù)的改變影響多個(gè)參數(shù)的變化。

爬游機(jī)器人是全新的無(wú)人潛水器，從水動(dòng)力外形、總體布局到系統(tǒng)配置沒(méi)有母型可以參照。而多肢多關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使浮力與重量的平衡更加困難，爬、游混合的水下運(yùn)動(dòng)方式增加了爬游機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的復(fù)雜度；此外，爬游機(jī)器人還需要具備較強(qiáng)的抗擾流能力，并兼顧爬行及游動(dòng)的穩(wěn)定、機(jī)動(dòng)以及低阻力等約束。需要通過(guò)總體集成以及多學(xué)科綜合優(yōu)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與設(shè)備的優(yōu)化布局、智能控制策略與運(yùn)動(dòng)方式的協(xié)調(diào)匹配。

爬游機(jī)器人在綜合考慮爬行、游動(dòng)功能及下潛安全性的基礎(chǔ)上，處理并分配所有功能和設(shè)備布局的優(yōu)化問(wèn)題，以功能模塊化和結(jié)構(gòu)分塊化的準(zhǔn)則對(duì)爬游機(jī)器人平臺(tái)進(jìn)行總體布局設(shè)計(jì)，確保所有的部件滿足設(shè)計(jì)要求，使爬游機(jī)器人具有良好的可靠性和擴(kuò)展性。形成了主要由本體與機(jī)械腿兩部分組成的總體布局，其中本體外線形光順，上部稍寬，下部收窄，橫切面呈倒三角形，俯視圖為近似橢圓形，爬游機(jī)器人外形設(shè)計(jì)方案如圖11所示。這種本體設(shè)計(jì)方案可將重量較重的電池、拋載以及機(jī)械腿等裝置放置于下部，將浮力材料布置于上部，提高爬游機(jī)器人穩(wěn)心高度，有利于提高水下靜穩(wěn)定性；同時(shí)，較窄的底部結(jié)構(gòu)可使腿部獲得較大的活動(dòng)空間，且較窄的底部寬度有利于減小腿部關(guān)節(jié)力矩及功率要求，從而減輕腿部重量，以及用于平衡重量的浮力材料重量。

3 結(jié) 論

本文提出了一種新型自治水下爬游機(jī)器人概念，并對(duì)爬游機(jī)器人的模塊組成、功能和性能指標(biāo)進(jìn)行了介紹。由于使用環(huán)境和運(yùn)行方式的特點(diǎn)，爬游機(jī)器人具有不同于傳統(tǒng)水下機(jī)器人的特有的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，本文對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的解決途徑進(jìn)行了深入分析，并對(duì)各關(guān)鍵技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行了介紹。后續(xù)將開(kāi)展工程樣機(jī)的研制工作，還需要解決的問(wèn)題主要有：

1）爬游機(jī)器人多運(yùn)動(dòng)模式切換控制算法的調(diào)試與功能驗(yàn)證；

2）爬游機(jī)器人水下爬行及游動(dòng)穩(wěn)定性水動(dòng)力試驗(yàn)；

3）關(guān)節(jié)動(dòng)密封帶來(lái)的電機(jī)效率損失及長(zhǎng)期運(yùn)行可靠性；

4）水下目標(biāo)識(shí)別與作業(yè)導(dǎo)引技術(shù)；

5）工程樣機(jī)耐壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)試驗(yàn)與總體重量控制；

6）總體可靠性及拋載系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證。