基于2自由度曲柄滑块机构的纤维驱动型水母机器人设计、建模与方向控制
机器人学
2026-03-04 v1
摘要
近年来，水母机器人因其仿生设计及其在环境监测和生物调查等潜在应用而受到广泛关注。在采用身体-尾鳍（BCF） locomotion 模式的水母机器人中，电机驱动是广泛采用的方式。一些方法利用多个舵机实现精确的身体曲度控制，而另一些方法则采用无刷电机通过纤维或杆杆驱动尾部，实现更高的振幅和游泳速度。然而，前者通常导致游泳速度受限，而后者则 suffer于机动性差，少数能够实现平滑转向。为解决这一权衡，本文开发了一种采用2自由度（DoF）曲柄滑块机构的纤维驱动水母机器人，将推进与转向解耦，实现高速游泳与灵活机动。本文首先介绍了水母机器人的设计，包括弹性骨架、防水结构以及实现解耦的驱动机制。随后建立了驱动建模与身体动力学，以分析游泳行为。进一步提出了一种组合前馈-反馈控制策略，以实现推进与转向的独立调节。最后，通过一系列原型实验验证了设计、建模与控制的可行性，展示了游泳、转向和方向控制能力。
引用
@article{arxiv.2603.02851,
title = {Design, Modeling and Direction Control of a Wire-Driven Robotic Fish Based on a 2-DoF Crank-Slider Mechanism},
author = {Yita Wang and Chen Chen and Yicheng Chen and Jinjie Li and Yuichi Motegi and Kenji Ohkuma and Toshihiro Maki and Moju Zhao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.02851},
year = {2026}
}
备注
Accepted by ICRA 2026