7、水下滑翔机器人的三维运动建模

水下滑翔机器人的三维运动建模

1. 引言

本文聚焦于水下滑翔机器人，旨在建立其完整的动力学模型，并对基于两种不同游泳模式的螺旋运动进行比较与分析。通过大量的仿真和水上实验，验证了模型的有效性和准确性。具体贡献如下：
- 综合考虑滑翔运动和类海豚运动，建立了完整的动力学模型。对于滑翔运动，通过计算整个载体 - 流体系统能量的动量来推导方程；对于类海豚运动，则采用多连杆动力学方法。
- 基于所建立的动力学模型，对水下滑翔机器人的滑翔运动性能进行了分析。
- 开展了广泛的仿真和水上实验，结果验证了动力学模型的有效性和准确性。

2. 水下滑翔机器人的运动建模

为了清晰描述水下滑翔机器人的完整动力学模型，首先定义了多个坐标系，包括惯性坐标系、固连坐标系、腰部坐标系、尾部坐标系和两个鳍坐标系，这些坐标系遵循右手定则。
|坐标系|描述|
| ---- | ---- |
|惯性坐标系 (C_g = o_g x_g y_g z_g)|z 轴沿重力方向，x 和 y 轴垂直于 z 轴|
|固连坐标系 (C_b = o_b x_b y_b z_b)|原点位于浮心（CB）处|
|腰部坐标系 (C_w = o_w x_w y_w z_w)|代表腰部关节坐标系|
|尾部坐标系 (C_t = o_t x_t y_t z_t)|代表尾部关节坐标系|
|左鳍坐标系 (C_l = o_l x_l y_l z_l)|代表左鳍关节坐标系|
|右鳍坐标系 (C_r = o_r x_r y_r z_r)|代表右鳍关节坐标系|

此外，还定义了一些向量和矩阵，如 (j = [0, 1, 0]^T)