4、机器人技术：从移动机器人到动力学与控制问题

机器人技术：从移动机器人到动力学与控制问题

1. 移动机器人概述

移动机器人涵盖了多种类型，在不同领域发挥着重要作用。例如，弗吉尼亚理工大学的克雷格·伍尔西教授使用的 SPAARO 自主飞机机队，可用于商业农业自动化、空中病原体遥感以及自主车辆团队的协同控制等研究。

自主海洋车辆的发展面临着独特的挑战。与自动导引车（AGV）和自主空中飞行器（AAV）的设计和制造有显著差异，自主海洋车辆需要应对复杂的海洋环境。在河流或沿海地区操作机器人水面海洋车辆时，虽然大致路径可能已知，但沿岸水域存在许多不可预见的危险，如水面、水线或水下的障碍物。对于军事车辆，高速攻击或逃离的能力至关重要。而且，当海洋车辆前方或下方突然出现障碍物时，决策的反应时间和计算时间非常短。

以下是不同类型移动机器人的特点对比表格：
| 机器人类型 | 应用领域 | 面临挑战 |
| ---- | ---- | ---- |
| SPAARO 自主飞机 | 商业农业自动化、空中病原体遥感、车辆团队协同控制 | 复杂环境下的飞行控制 |
| 自主水面车辆（ASV） | 河流、沿海地区作业 | 沿岸水域不可预见的危险 |
| 自主水下车辆（AUV） | 水下探测等 | 水下复杂环境和通信问题 |

弗吉尼亚理工大学的学生研究人员在丹·斯蒂尔韦尔博士的指导下，创造了一些自主海洋车辆。他们专注于开发能在河流环境中自主、可能高速运行的机器人海洋车辆。

2. 机器人动力学与控制问题概述

机器人系统的动力学和控制涉及几个经典问题，包括正向运动学、逆向运动学、正向动力学以及逆向动力学/反馈控制。下面以扑翼机器人为例进行详细说明