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Método de Planificación de Marcha en Terreno Inclinado y Control de Admisión para Robots Cuadrúpedes Submarinos Basado en la Compensación del Momento de Enderezamiento

Autores: Zhang, Kang; Zhang, Hao; Chen, Hong; Chen, Guanqiao; Jiao, Zongxia; Zhang, Yuang; Chen, Wei; Wang, Xinliang; Liu, Junjie

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2026

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Acceso abierto

Artículo científico
2026

Método de Planificación de Marcha en Terreno Inclinado y Control de Admisión para Robots Cuadrúpedes Submarinos Basado en la Compensación del Momento de Enderezamiento


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Robótica

Palabras clave

Submarinos
Robots
Estabilidad
Control
Pendientes
Profundidades marinas

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Los AUVs bentónicos (robots cuadrúpedes submarinos) combinan la eficiencia de crucero de los sumergibles con la estabilidad de arrastre de los robots con patas para la exploración profunda en el mar. Sin embargo, la separación deliberada del centro de gravedad y la flotabilidad, esencial para la estabilidad estática, genera un momento de enderezamiento significativo. Al subir pendientes pronunciadas, este momento resiste la alineación del casco. Si la pendiente supera el límite máximo de inclinación hidrostática del robot, los algoritmos convencionales de cinemática inversa fallan: las patas traseras pierden contacto con el suelo y se pierde la propulsión. Para superar esto, este documento propone un marco que integra la distribución óptima de fuerzas, la exploración de trayectorias adaptativas y el control de admisión. Un modelo analítico de equilibrio de momentos en múltiples puntos deriva los límites de inclinación adaptativos al terreno. Un Programa Cuadrático (QP) luego distribuye las fuerzas de contacto, encargando a las patas delanteras estabilizar el momento de enderezamiento mientras que las patas traseras proporcionan empuje. Durante la fase de oscilación, secuencias de Bezier adaptativas previenen colisiones en la pendiente anterior y aseguran el contacto con el suelo posterior. Además, un controlador de admisión cartesiana proporciona cumplimiento activo para gestionar la fricción no lineal de los sellos impermeables dinámicos. Validado a través de un modelo de simulación basado en física de alta fidelidad calibrado contra ensayos físicos en piscina, el robot logró una travesía robusta en pendientes de 15 grados y 33 grados. La robustez estadística se sustenta a través de un estudio de Monte Carlo de 30 ensayos, donde la estabilidad postural se mantuvo notablemente consistente con un RMSE de inclinación promedio de 2.88 grados en un rango de incertidumbre de parámetros de +/-10%. En comparación con los algoritmos de referencia tradicionales, el método propuesto suprimió con éxito el parpadeo de torque en un 54.1% en la banda de alta frecuencia (2-50Hz) y mejoró la eficiencia energética en hasta un 43% en pendientes pronunciadas. Estos hallazgos ofrecen una arquitectura de control validada para plataformas submarinas de alta resistencia que navegan por topografías bentónicas complejas.

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