一种仿蚯蚓多模式水下 locomotion 机器人：设计、建模与实验

面对水下管道环境中作业的机器人的强烈需求，本研究设计并研究了一种新颖的水下多模式运动机器人。通过模仿蚯蚓的分节身体，该机器人在结构上分为多段；通过综合类蚯蚓蠕动运动机制与螺旋桨驱动游动机制，该机器人具备独特的多模式运动能力。具体而言，管内类蚯蚓蠕动爬行基于伺服电机驱动的绳索与预弯弹簧钢带拮抗工作实现，三维水下游动由四个独立控制的螺旋桨实现。采用硅橡胶制作机器人外皮，两种运动模式在水下环境中进行了测试，由此证明了机器人设计的合理性与有效性。为预测机器人运动性能，进一步建立了机器人的力学模型。对于水下游动模式，将机器人视为椭球体，构建了等效动力学模型，其有效性通过计算流体动力学（CFD）仿真得到验证；对于管内爬行模式，采用经典运动学模型预测不同步态控制下的平均运动速度。本研究结果为开发具有独特水下多模式运动能力的类蚯蚓运动机器人提供了有用的设计与建模指导。