兩棲仿生機器人登陸自適應越障機構優化設計*

殷 謙，王 何，宋 震，尚建忠，羅自榮

(1. 長沙理工大學 能源與動力工程學院, 湖南 長沙 410114; 2. 國防科技大學 智能科學學院, 湖南 長沙 410073)

水陸兩棲仿生機器人可在陸地、近海灘涂及其他兩棲環境中工作[1]，在安全救災、資源開發、環境勘探等領域具有廣闊前景[2]。在兩棲機器人工作中，機器人登陸需要克服沙灘、巖石等復雜地形環境，對其越障能力提出很高的要求。

根據仿生模本不同，水陸兩棲仿生機器人主要包括鰭片多足結構[3]、仿青蛙或蠑螈結構[4-6]、仿海龜結構[7-8]、仿蛇形結構[9-10]、仿蟑螂結構[11-13]等類型，這些機器人通過模仿某一種兩棲生物來實現運動，兩棲環境適應程度有限，尤其是在淺灘登陸過程中，攀越復雜障礙能力不足。為提高機器人的登陸越障能力，一些學者采用水下和陸地兩套驅動系統集成的方法。德國學者提出了仿蛇機器人Kairo[14]，其采用輪式驅動與多關節來實現陸地行進與水下巡游動作；文獻[15]研發的仿蠑螈機器人在水下依靠緊貼身體的關節波動推進，陸地行走通過蜿蜒軀體實現。

一些針對陸地或水下機器人推進機構的研究，為兩棲機器人的設計提供參考。一方面，陸地機器人采用輪和履帶來實現復雜地形越障，例如：饒偉等[16]設計了一種關節履帶機器人，其能夠對臺階一點或多點接觸實現越障動態穩定；Gong等[17]提出了一種輪履式越障平臺并實現多機器人協同工作。另一方面，水下機器人采用波動鰭實現推進，例如：Curet等[18]通過PIV手段分析了波動鰭的三維流場和渦流；……