4、水下滑翔机器人的发展与控制

水下滑翔机器人的发展与控制

1. 形状优化与路径规划

在水下滑翔机器人的研究中，形状优化和路径规划是提升其性能的关键方面。

1.1 形状优化方法

• 飞翼式水下滑翔机 ：众多学者针对飞翼式水下滑翔机开展了形状优化工作。例如，Sun等人通过优化飞翼式水下滑翔机的结构形状，显著提高了其滑翔性能；Fu等人提出了多目标形状优化问题，并运用遗传算法求解，有效降低了滑翔运动的能耗；Li等人则通过优化飞翼式水下滑翔机的横截面翼型，简化了形状优化问题。
• 其他优化方法 ：Dong等人采用数据驱动的离散全局优化算法，建立了飞翼式水下滑翔机结构的参数化模型，进一步优化了舱架耦合结构的浮重比；Zhang等人改进了Kriging - HDMR方法，提高了升阻比；Yang等人基于近似模型技术和内部惩罚函数，为Petrel - L设计了形状优化方法。这些方法主要针对翼身融合的飞翼式水下滑翔机，将其形状与滑翔性能的关系建模为高维非线性问题，以升阻比等参数为目标求解结构形状优化问题。

1.2 路径规划方法

为了优化滑翔效率，研究人员也提出了多种路径规划方法。Cao等人采用遗传算法和3 - D Dubins曲线，求解出能耗最少的最优滑翔路径；Liu等人进一步优化了3 - D Dubins曲线，通过调整转弯半径，提高了水下滑翔机的航程。此外，对于具有可独立移动翼面的水下滑翔机，也有相关研究正在进行。

2. 原型发展

目前，水下滑翔机器人的原型发展呈现出多样化的趋势。

2.1 传统水下