1、水下滑翔机器人的发展与控制综述

水下滑翔机器人的发展与控制综述

1. 引言

海洋占据了地球表面积的71%，蕴含着丰富的生物资源、矿产资源和广阔的空间资源。随着经济和技术的蓬勃发展，海洋探索受到了全球的广泛关注。然而，由于海洋环境复杂，探索海洋极具挑战性。主要原因包括：
- 海洋面积过大，人类或水下航行器受限于能源，无法遍历所有区域。
- 海洋中存在不可预测的洋流和极端天气，水下环境错综复杂，对水下探索设备的稳定性和机动性要求极高。
- 水下通信和信号传输问题至今尚未得到有效解决，如全球定位系统（GPS）只能在空气中传输，水下声学通信距离也不够长。

目前，水下无人航行器（UUVs）主要用于海洋探索，包括自主水下航行器（AUVs）和遥控水下航行器（ROVs）。ROV需要电缆操作，而AUV是完全自主的类型，因此AUV更适合大面积海洋观测。水下滑翔机（UG）作为具有长续航特性的AUV，是近年来最有效的海洋观测水下无人平台。与其他水下航行器相比，UG可通过改变净浮力实现滑翔运动，具有能耗低、导航范围广、续航时间长和噪音低等优点。它可配备一系列研究仪器，实时测量和传输深度、盐度、温度和海流等环境数据，在海洋环境监测、资源探测和灾害预报中发挥着重要作用。

自1989年以来，众多科学家在水下滑翔机器人领域开展了大量研究。随着经济和技术的发展，近年来涌现出大量新型水下滑翔机器人（UGRs），它们在外观、驱动机制和能源动力系统方面进行了一定的创新和改进。

2. 水下滑翔机器人的原型

根据框架，UGRs可分为传统UGs、混合驱动UGs、仿生UGs、热驱动UGs和其他类型。下面主要介绍传统UGRs。

传统UGRs基于Stommel提出的UG概