东北大学仿生智能实验团队：从仿真到现实的机器龟

机器龟作为一种仿生水下机器人，可以充分利用其仿生结构与仿生运动与环境和其他机器人或生物进行交互，突破了传统水下潜行器机动性笨拙、隐蔽性差的问题，受到广泛关注。为了使仿生机器能够在水环境中执行任务，有必要找到一种全新运动控制方法。近年来，蓬勃发展的科学技术为机器人提供了新的活力，但由于机器龟在游动过程中存在复杂的耦合运动，如何解耦分析，设计单舵机多自由度控制鳍肢运动在现实世界中执行任务依然是个挑战。

近日获悉，东北大学仿生智能实验团队的研究内容，正是一种从仿真到现实的单驱动多自由度机器海龟的运动控制，在仿真中已得到预期运动效果，并在现实世界中的样机取得令人满意的性能。

该仿生机器海龟仅通过一个舵机的转动效果，仿生海龟的水翼、蹼翼运动效果，可以控制实现海龟翼肢的挥动运动、摆动运动等。在现实世界中实现空间运动通过一个简单的二维摆动机构结合欠驱动机构实现。通过采用欠驱动机构可以使仿生海龟翼肢挥动时的推进效率提高50%，取得比传统仿生机器更好的运动效果及性能。

进一步，蹼翼采用同一个执行器推进。在运动前将两只蹼翼的拍动相位调整一致，可以使蹼翼处于相同的频率以及运动姿态，提高推进效率。蹼翼作为仿生海龟的辅助推进装置，采用单一执行器的驱动方式可以降低控制系统复杂性并且减少质量，搭配合理机构可以很好模仿海龟加速游动时蹼翼的运动姿态。以期望的速度游到期望的位置。

在现有的仿生海龟的研究中，对于海龟四肢游动姿态的仿生中多数采用多个电机对海龟四肢不同维度运动的模仿。在耶鲁大学对仿生海龟的研究中，为了对海龟鳍肢每一个维度的运动进行仿生，在每个肢体的肩部关节在运动学配置中各有三个电机以实现龟鳍肢的游动状态。由爱沙尼亚塔林大学的仿生机器人技术中心研发的U-CAT配备舵机以实现鳍状四肢的运动，通过多舵机实现机器人的前进后退及浮潜等。

为了解决多驱动器-多自由度的运动模式这一问题，该团队工作所提出的方案单驱动器-多自由度的运行模式，成功将机器产生的水下噪音降低至传统水下仿生机器人的75%。并具备快、慢速等执行任务的能力，之后会在更为精确的基于流体力学计算（CFD）的仿真环境中完善，以提升运动性能。这样一种方式未来在现实世界中可以优秀完成相应的任务。

综上，该工作结合计算流体力学、以及机器人学，为仿生水下机器人的机构设计控制研究提供了新的思路。未来，团队计划将在该研究基础上探究适用于仿生水下机器人运动控制的方法，并开展能量中继平台的研究工作。