本發(fā)明涉及一種兩棲機器人設(shè)計方法，具體涉及一種非疊加型可變形兩棲機器人水下推進方法，屬于智能電子產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
水陸兩棲機器人的應(yīng)用范圍、作業(yè)環(huán)境和執(zhí)行任務(wù)在廣度方向得到了提升，現(xiàn)有的兩棲機器人主要有履帶推進、螺旋槳推進、噴水推進、劃水推進、仿生推進方式，螺旋槳推進和噴水推進具有較優(yōu)的水中推進性能，但需要額外添加推進系統(tǒng)；履帶劃水推進結(jié)構(gòu)簡單，但航速較慢，效率也較低；魚類利用身體和尾鰭的擺動產(chǎn)生推進力的方式是自然界中水中最主要的推進方式，模擬這種運動的推進方式具有效率高、低噪聲的優(yōu)勢；常規(guī)的復(fù)合驅(qū)動型機器人需要在面向單環(huán)境的機構(gòu)基礎(chǔ)上添加額外的推進機構(gòu)，從而使用不同機構(gòu)實現(xiàn)對應(yīng)環(huán)境下的推進，但這種方式增加了機構(gòu)設(shè)計的復(fù)雜程度，從而帶來質(zhì)量、體積、控制復(fù)雜度的增加，水環(huán)境推進機構(gòu)在陸地環(huán)境中可能會成為運動的阻礙，反之亦然；另外，傳統(tǒng)的水陸兩棲機器人的形狀是固定不變的，限制了其應(yīng)用范圍。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
（一）要解決的技術(shù)問題
為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種非疊加型可變形兩棲機器人水下推進方法，提出基于該構(gòu)型的兩種水下推進方式，履帶劃水推進利用劃水的反作用力產(chǎn)生推進力，仿生劃水利用關(guān)節(jié)角度之間的改變以及機構(gòu)方面的優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)仿魚類的推進方式；分別建立兩種推進方式的水中推進模型，并對運動性能進行分析，進而指導機器人水中運動控制。
（二）技術(shù)方案
本發(fā)明的非疊加型可變形兩棲機器人水下推進方法，包括以下步驟：
第一步：針對鏈式構(gòu)型在陸地環(huán)境和水環(huán)境中的運動性能優(yōu)勢，提出了一種沒有添加額外水下推進機構(gòu)的基于兩棲環(huán)境功能復(fù)用的非疊加型鏈式可變形構(gòu)型，利用一組同步的偏轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和兩組俯仰關(guān)節(jié)實現(xiàn)機器人在兩棲環(huán)境中的構(gòu)型改變；通過模塊功能復(fù)用在實現(xiàn)在陸地環(huán)境的高機動性能的同時，實現(xiàn)機器人在水環(huán)境中的多模態(tài)、多冗余的仿生推進方式；
第二步：在理想推進器模型和動量定理的基礎(chǔ)上建立履帶劃水的推進模型，通過仿真分析并建立了履刺高度、劃水速度等機構(gòu)參數(shù)和運動參數(shù)對水下推進性能問的關(guān)系，實現(xiàn)履帶劃水推進的參數(shù)化控制；
第三步：針對機器人的仿生推進方式，建立運動學-動力學聯(lián)合推進模型和轉(zhuǎn)向模型，考慮到其在連續(xù)運動中運動學規(guī)律和流體力兩者之間的耦合性，引入了拉格朗日方法，利用第二拉格朗日方程中廣義力與流體力的關(guān)系得到機器人的運動學一動力學聯(lián)合方程，通過仿真分析并建立了幅值、頻率、尾部偏置等運動參數(shù)對仿生水下推進性能間的關(guān)系，實現(xiàn)仿生劃水推進的參數(shù)化控制；
第四步：通過Amoeba-II樣機在水池內(nèi)的試驗，驗證兩種水下推進方式的有效性，并在推進速度、穩(wěn)定性、機動性等方面進行對比分析。
（三）有益效果
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的非疊加型可變形兩棲機器人水下推進方法，提出基于該構(gòu)型的兩種水下推進方式，履帶劃水推進利用劃水的反作用力產(chǎn)生推進力，仿生劃水利用關(guān)節(jié)角度之間的改變以及機構(gòu)方面的優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)仿魚類的推進方式；分別建立兩種推進方式的水中推進模型，并對運動性能進行分析，進而指導機器人水中運動控制。
具體實施方式
一種非疊加型可變形兩棲機器人水下推進方法，包括以下步驟：
第一步：針對鏈式構(gòu)型在陸地環(huán)境和水環(huán)境中的運動性能優(yōu)勢，提出了一種沒有添加額外水下推進機構(gòu)的基于兩棲環(huán)境功能復(fù)用的非疊加型鏈式可變形構(gòu)型，利用一組同步的偏轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和兩組俯仰關(guān)節(jié)實現(xiàn)機器人在兩棲環(huán)境中的構(gòu)型改變；通過模塊功能復(fù)用在實現(xiàn)在陸地環(huán)境的高機動性能的同時，實現(xiàn)機器人在水環(huán)境中的多模態(tài)、多冗余的仿生推進方式；
第二步：在理想推進器模型和動量定理的基礎(chǔ)上建立履帶劃水的推進模型，通過仿真分析并建立了履刺高度、劃水速度等機構(gòu)參數(shù)和運動參數(shù)對水下推進性能問的關(guān)系，實現(xiàn)履帶劃水推進的參數(shù)化控制；
第三步：針對機器人的仿生推進方式，建立運動學-動力學聯(lián)合推進模型和轉(zhuǎn)向模型，考慮到其在連續(xù)運動中運動學規(guī)律和流體力兩者之間的耦合性，引入了拉格朗日方法，利用第二拉格朗日方程中廣義力與流體力的關(guān)系得到機器人的運動學一動力學聯(lián)合方程，通過仿真分析并建立了幅值、頻率、尾部偏置等運動參數(shù)對仿生水下推進性能間的關(guān)系，實現(xiàn)仿生劃水推進的參數(shù)化控制；
第四步：通過Amoeba-II樣機在水池內(nèi)的試驗，驗證兩種水下推進方式的有效性，并在推進速度、穩(wěn)定性、機動性等方面進行對比分析。
上面所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進行限定。在不脫離本發(fā)明設(shè)計構(gòu)思的前提下，本領(lǐng)域普通人員對本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變型和改進，均應(yīng)落入到本發(fā)明的保護范圍，本發(fā)明請求保護的技術(shù)內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。