上海交通大学：《力学仿生——启示与探索》课程教学资源（讲课讲稿）13薛郭子凯

水上 漂 发展所面临的问题 薛郭子恺

发 展 所 面 临 的 问 题 薛 郭 子 恺 水 上 漂

TVC 仿生机械水黾研究需待解决的问题：

TVC 仿生机械水黾研究需待解决的问题：

当今的水上机器人研究还处于起步阶段，虽然许多机构与高校已研 发出了仿水黾、蜥蜴等水上漂机器人的维形，解决了其中的关键问题。 但是在实用性上依旧有着许多问题瓶颈需要我们去解决突破

当今的水上机器人研究还处于起步阶段，虽然许多机构与高校已研 发出了仿水黾、蜥蜴等水上漂机器人的雏形，解决了其中的关键问题。 但是在实用性上依旧有着许多问题瓶颈需要我们去解决突破

01 自身问题 02外部因素

01 自身问题 02 外部因素

自身问题 1.承载力问题 未来仿生机器人在水面上行走工作将随身携带各种器件，所以需要具有较大的承 载力和承载空间，而由于普通漂浮物的漂浮力增加，其重量也会随着增加，所以漂浮 机构的设计是机器人设计的重点问题，关系到机器人的承载能力。 2.控制问题 机器人结构较小，控制系统不但要满足本身运动控制而且要满足各种负载控制， 以实现各种功能，所以对控制系统的设计提出较高的要求，不但结构简单而且所需要 的控制器件要少。 同时，要对设计的机器人整体和运动部分进行模态分析，获得本身固有频率和振 型，避免共振发生和改进结构薄弱部位

自身问题 1.承载力问题 未来仿生机器人在水面上行走工作将随身携带各种器件，所以需要具有较大的承 载力和承载空间，而由于普通漂浮物的漂浮力增加，其重量也会随着增加，所以漂浮 机构的设计是机器人设计的重点问题，关系到机器人的承载能力。 2.控制问题 机器人结构较小，控制系统不但要满足本身运动控制而且要满足各种负载控制， 以实现各种功能，所以对控制系统的设计提出较高的要求，不但结构简单而且所需要 的控制器件要少。 同时，要对设计的机器人整体和运动部分进行模态分析，获得本身固有频率和振 型，避免共振发生和改进结构薄弱部位

外部因素 1.水力学问题 水上机器人要实现水上运动，就要受到水的作用力，需要对流场进行分析。同 时机器人的浮力和重力要保持平衡，当机器人位置改变后，仍能自动恢复到平衡位置。 2.水中生物问题 仿生机器人在水中搜索时，也面临着被水中生物袭击或者吞噬的风险。因此在设 计上如何避免被水中生物发现，屏蔽系统的研发也是个急待解决的问题

外部因素 1.水力学问题 水上机器人要实现水上运动，就要受到水的作用力，需要对流场进行分析。 同 时机器人的浮力和重力要保持平衡，当机器人位置改变后，仍能自动恢复到平衡位置。 2.水中生物问题 仿生机器人在水中搜索时，也面临着被水中生物袭击或者吞噬的风险。因此在设 计上如何避免被水中生物发现，屏蔽系统的研发也是个急待解决的问题

除了上述问题之外，机器人的防水性、密封问题、驱动源导线问题、机 器人运动方式的设计等都需要很好的研究去解决，如果这些问题不解决，将会 制约机器人的实际应用。仿生机械水黾的设计存在的上述问题是相关联的，机 器人设计的最难点是对各方面参数指标进行优化选择设计，从而设计出一个最 优的水上行走机器人。仿生机械水黾特性研究的最终目的是设计出一个各项指 标都比较完美的能够很好的实现远距离工作的机器人

除了上述问题之外，机器人的防水性、密封问题、驱动源导线问题、机 器人运动方式的设计等都需要很好的研究去解决，如果这些问题不解决，将会 制约机器人的实际应用。仿生机械水黾的设计存在的上述问题是相关联的，机 器人设计的最难点是对各方面参数指标进行优化选择设计，从而设计出一个最 优的水上行走机器人。仿生机械水黾特性研究的最终目的是设计出一个各项指 标都比较完美的能够很好的实现远距离工作的机器人

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