Für das Problem der unzureichenden Anpassungsfähigkeit und der eingeschränkten Funktionalität traditioneller monolithischer Roboter bei komplexen amphibischen Aufgaben wird ein biologisch inspiriertes System für ein amphibisches Mutter-Kind-Robotersystem vorgeschlagen. Der Mutterroboter verwendet eine ausfahrbare kugelförmige Schale mit integrierten vier mechanischen Beinen und Wasserstrahlantrieben. Der Kindroboter ist ein Miniatur-stromlinienförmiges Gehäuse mit Propellerantrieben und einem Unterwasser-Nahbereich-sichtbaren-Licht-Kommunikationsmodul. Darüber hinaus wurde eine freisetzungs- und rückgewinnungsmechanismus entworfen, der auf Zahnrädern basiert, um die Freisetzung und den Rückholsprozess des Kindroboters zu ermöglichen. Um Singularitäten bei den Eulerwinkeln zu vermeiden, wurde ein vollständig gekoppeltes dynamisches Modell mit sechs Freiheitsgraden auf der Basis von Einheitsquaternionen entwickelt. Außerdem wurde ein UQ-PID-Regelungsalgorithmus vorgeschlagen, der eine koordinierte Steuerung von acht Servomotoren und vier Wasserstrahlantrieben des Mutterroboters ermöglicht. Die Strömungssimulation zeigt, dass die kugelförmige Struktur Wasserströmungsstörungen wirksam reduzieren und die Stabilität verbessern kann. Experimente zeigen, dass der Mutterroboter an Land in etwa 20 Sekunden etwa 60 cm vorwärts fahren kann und sich unter Wasser auf einer ziemlich genauen geraden Fahrspur bewegen kann, wobei die Abweichung gering ist und die Antriebskraft stabil ist. Die Bahnabweichung des Kindroboters im Schwimmbecken schwankt von -0,30 bis 0,30 m und die Geschwindigkeit erreicht 32,51 cm/s. Diese Studie bietet eine machbare technische Route für die kooperative Arbeit von amphibischen Mutter-Kind-Robotern.

biologisch inspirierter amphibischer kugelförmiger Mutterroboter; Kindroboter; Bewegungssteuerung; Strömungssimulation