Design, Locomotion, and Control of Amphibious Robots: Recent Advances

📄 arXiv: 2602.19077v1 📥 PDF

作者: Yi Jin, Chang Liu, Roger D. Quinn, Robert J. Wood, C. Chase Cao

分类: cs.RO, physics.app-ph

发布日期: 2026-02-22

💡 一句话要点

综述两栖机器人设计、运动与控制的最新进展，助力环境监测与灾害应对。

🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)

关键词: 两栖机器人 运动控制 驱动技术 自主导航 环境适应性

📋 核心要点

  1. 现有两栖机器人在复杂环境下的运动效率和适应性方面存在挑战，需要更先进的运动机制和控制策略。
  2. 该综述着眼于两栖机器人的运动方式、驱动技术和控制系统，旨在提升其自主性和环境适应能力。
  3. 通过分析最新的研究进展，为未来两栖机器人的设计和开发提供指导，使其在实际应用中更高效可靠。

📝 摘要（中文）

两栖机器人能够在陆地和水域无缝运行，正在推动保护、灾害响应和国防等领域的应用。其性能取决于运动机制、驱动技术和传感器-控制集成。本综述重点介绍了这些领域的最新进展，考察了运动策略、基于材料的驱动器以及用于自主性和适应性的控制系统。概述了挑战和机遇，以指导未来的研究，从而实现更高效、更具弹性和多功能的两栖机器人。

🔬 方法详解

问题定义：两栖机器人需要在陆地和水域两种截然不同的环境中运动，现有的机器人设计往往难以兼顾两种环境下的运动效率和稳定性。此外，如何在复杂环境中实现自主导航和适应性控制也是一个关键问题。现有方法在驱动方式、控制策略和能源效率等方面存在局限性，难以满足实际应用的需求。

核心思路：该综述的核心思路是系统性地梳理两栖机器人设计、运动和控制方面的最新进展，分析不同方法的优缺点，并探讨未来的发展趋势。通过对运动机制、驱动技术和控制系统的深入研究，为设计更高效、更具适应性的两栖机器人提供理论指导。

技术框架：该综述的技术框架主要包括三个方面：运动机制、驱动技术和控制系统。运动机制方面，考察了不同的陆地和水域运动方式，如轮式、腿式、蛇形等。驱动技术方面，重点关注了基于新型材料的驱动器，如形状记忆合金、介电弹性体等。控制系统方面，分析了用于自主导航和环境适应的控制算法，如强化学习、模型预测控制等。

关键创新：该综述的创新之处在于对两栖机器人领域的最新进展进行了全面的总结和分析，并指出了未来的研究方向。特别是在新型驱动技术和智能控制算法方面，为两栖机器人的发展提供了新的思路。此外，该综述还强调了多功能性和环境适应性在两栖机器人设计中的重要性。

关键设计：综述中讨论的关键设计包括：1) 针对不同环境优化的运动机构设计，例如，腿式机构在陆地上具有较强的地形适应性，而螺旋桨推进在水域中效率更高；2) 新型驱动器的选择和集成，需要考虑功率密度、响应速度和耐久性等因素；3) 控制系统的设计需要兼顾自主导航、环境感知和运动控制，常用的方法包括基于视觉的导航、传感器融合和自适应控制算法。

📊 实验亮点

该综述重点介绍了近年来两栖机器人在运动机制、驱动技术和控制系统方面的显著进展。例如，新型仿生机器人在水陆转换和复杂地形适应性方面表现出优异性能；基于智能材料的驱动器在能量效率和小型化方面取得了突破；先进的控制算法显著提高了机器人的自主导航和环境适应能力。这些进展为未来两栖机器人的发展奠定了坚实的基础。

🎯 应用场景

两栖机器人具有广泛的应用前景，包括环境监测（水质分析、生物多样性调查）、灾害响应（水下搜救、洪水区域侦察）、水下基础设施维护（管道检测、桥梁检查）以及国防安全等领域。它们能够在人类难以到达或危险的环境中执行任务，具有重要的实际价值和潜在的社会影响。

📄 摘要（原文）

Amphibious robots, operating seamlessly across land and water, are advancing applications in conservation, disaster response, and defense. Their performance depends on locomotion mechanisms, actuation technologies, and sensor-control integration. This review highlights recent progress in these areas, examining movement strategies, material-based actuators, and control systems for autonomy and adaptability. Challenges and opportunities are outlined to guide future research toward more efficient, resilient, and multifunctional amphibious robots.