Triphibot：一种结合 FOC 驱动与异心设计的三相水陆空机器人
机器人学
2026-02-03 v1
摘要
能够实现多域运动和跨域转换的三相水陆机器人是处理多样化环境中复杂任务的理想平台。然而，现有设计主要聚焦于双模式平台，且某些设计受机械复杂度高或推进效率低的限制，致使其应用受限。本文提出一种新型三相水陆空机器人，通过一种极简设计实现空中、陆地和水域运动：将四旋翼机结构与两个被动轮组合而成，不需额外执行器。为解决基于四旋翼机设计的地面/海底运动效率低下的问题，我们引入一种异心式重心（CoG）设计，使推力本质上与运动方向一致，在无专门机械变形设计的情况下提升效率。此外，为解决不同流体（空气与水）中运动控制的巨大差异，我们 developed 一种基于场定向控制（FOC）的统一推进系统。该方法解决了扭矩匹配问题，使推进在不同介质中实现精确、快速的双向推力。基于生存条件和地面支撑的视角，我们分析了机器人的动力学，提出了一种混合非线性模型预测控制（HNMPC）- PID 控制系统，以确保多域运动和无缝模式转换的稳定性。实验结果验证了该机器人的多域运动和跨模式转换能力，以及所提出推进系统的效率和适应性。
引用
@article{arxiv.2602.01385,
title = {TriphiBot: A Triphibious Robot Combining FOC-based Propulsion with Eccentric Design},
author = {Xiangyu Li and Mingwei Lai and Mengke Zhang and Junxiao Lin and Tiancheng Lai and Junping Zhi and Chao Xu and Fei Gao and Yanjun Cao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.01385},
year = {2026}
}