《六自由度無人水下載具的開發：設計、建置和即時實驗》目的是開發出一款全動力的六自由度（Degree of Freedom, DOF）無人水下載具（Unmanned Underwater Vehicle, UUV），主要應用於環境監測和3D重建，同時它也肩負了其他功能，成為一個多功能研究平台。主要特點包括：

1. 容易更換的零組件：特別強調易維護的設計，以確保重要零組件可以輕鬆更換，降低操作的複雜性。
2. 8個矢量配置推進器：此獨特的推進器配置，提高UUV在水下的機動性和精確度，使其能更靈活地執行任務。
3. 開源ArduSub韌體：使用開源韌體增強了系統的可擴展性及適應性，讓使用者可以更簡單的自定義或者升級。
4. 先進的視覺系：結合立體相機和強大的電腦，使之能進行高效的圖像處理和數據分析，對環境進行精確的3D重建。

在開發和控制UUV的過程中，研究團隊則採用了兩種數學模型：

1. 六自由度數學模型：此模型基於Fossen的方法學，詳細描述UUV在慣性框架中的位置和方向，以及在軀體框架中的線性和角速度。這種涵蓋方位更全面的模型，讓UUV能在多變的水下環境精準定位和導航。
2. 簡化的三自由度數學模型：針對控制目的而開發的模型，聚焦於UUV的橫滾、俯仰及深度動態。同時假設UUV在失去電力的時候，能以浮力自動浮到水面。此外，這款UUV被設計為一個無幾何變形或彎曲的剛體，並考慮了水下的電纜、洋流，甚至波浪等外部干擾因素。

而為了測試UUV的軌跡追踪能力，研究團隊引入兩種經典控制計畫：「超級扭轉控制器 (Super Twisting Controller)」用以提高UUV在面對複雜環境時的適應性和穩定性；「強健比例導數（PD）控制器 (Robust Proportional Derivative Controller)」則提高UUV在執行精確任務時的反應速度和精確度。

這些控制器皆在即時（real time）實驗中進行測試，包括對泳池牆壁上的塑膠蓋進行3D重建。實驗結果證明，此款UUV具有卓越的性能以及高度應用潛力。這項研究不僅為水下無人機載具的設計與操控，提供新的思考方式，更為我們深入探索和保護神秘的海洋世界，打開了一扇門。隨著先進的UUV技術發展，相信未來人們對海洋的研究將能更加深入及全面。

資料來源：MDPI