海洋机器人环境能源收集与高效利用技术

        有限的能源供给是限制海洋机器人作业时间与作业效能的重要因素。海洋环境中蕴藏着丰富的风能、波浪能、太阳能等可再生能源，对环境能源进行收集与利用可以突破海洋机器人的能源供给问题，对于提升海洋机器人作业能力具有重要意义。本研究领域是海洋可再生能源与海洋机器人的交叉研究领域。现阶段聚焦于无人帆船关键技术及其海气界面观测应用研究，主要包括帆船运动建模与智能航行控制、无人帆船避障与路径规划、多源动力无人帆船混合驱动建模、流体力学分析与机器学习融合研究、小型水面无人船高海况适应性研究、帆船空气动力与水动力学研究、极地极端环境下无人帆船关键技术研究。此外还开展了波浪能收集利用技术研究，以波浪能驱动的虚拟锚系浮标和波浪滑翔机为平台，开展波浪能高效转化利用技术、水下游体建模与姿态控制方法研究。

1、无人帆船运动建模与智能航行控制

2、多源动力无人帆船混合驱动与建模

3、流体力学分析与机器学习融合研究

4、小型水面无人船高海况适应性研究

5、无人帆船空气动力与水动力学研究

080202-机械电子工程

080203-机械设计及理论

080201-机械制造及其自动化

081101-控制理论与控制工程

2016-09--2021-06   中国科学院大学   工学博士学位
2013-09--2016-09   山东科技大学   工学硕士学位
2009-09--2013-06   山东科技大学   双学士学位

2025. Department of Naval Architecture, Ocean & Marine Engineering | University of Strathclyde, 公派访问学者
2022-03~现在, 中国科学院沈阳自动化研究所, 副研究员
2021-08~2022-03,中国科学院沈阳自动化研究所, 助理研究员

   

（1） 2018年度“五四青年学术交流会”学术类, 一等奖, 研究所（学校）, 2018

（ 1 ） 融合海流影响的无人帆船航行性能预报与翼帆攻角控制方法, 发明专利, 2026, 第 1 作者, 申请号: 2026109214403

（ 2 ） 无人帆船刚性翼帆自平衡转帆系统, 发明专利, 2024, 第 1 作者, 专利号: ZL2024108157902

（ 3 ） 无人帆船挂装式模块化转向系统, 发明专利, 2023, 第 1 作者, 专利号: 2023116705340

（ 4 ） 双支点模块化无人帆船转帆装置, 发明授权, 2023, 第 1 作者, 专利号: ZL2020100860431

（ 5 ） 用于海洋环境观测的无人帆船, 发明授权, 2023, 第 2 作者, 专利号: ZL2020100860427

（ 6 ） 动力定位浮标水下波浪能牵引体, 发明专利, 2023, 第 1 作者, 专利号: 202310993273.X

（ 7 ） 无人帆船轻量化翼帆及其加工方法, 发明专利, 2023, 第 1 作者, 专利号: ZL202310878445.9

（ 8 ） 一种具有全海深环境自适应能力的深海液态机器人, 发明专利, 2023, 第 8 作者, 专利号: CN202310288370.9

（ 9 ） 低空程无人帆船转帆系统, 发明专利, 2022, 第 1 作者, 专利号: CN115451093A

（ 10 ） 一种无人帆船用可折叠翼帆, 发明专利, 2022, 第 3 作者, 专利号: ZL202211280005.5

（ 11 ） 水面无人移动平台波浪能驱动装置, 发明专利, 2022, 第 1 作者, 专利号: ZL202210971221.8

（ 12 ） 一种可自主潜浮的虚拟锚系通信浮标, 发明专利, 2021, 第 3 作者, 专利号: 202110630258.X

（ 13 ） 可自主潜浮的虚拟锚系通信浮标, 发明专利, 2021, 第 3 作者, 专利号: 202121264389.2

（ 14 ） 一种长航程自主水下航行器低功耗转向装置, 实用新型, 2019, 第 1 作者, 专利号: CN209757487U

（ 15 ） 长航程自主水下航行器低功耗转向装置, 发明专利, 2019, 第 1 作者, 专利号:ZL2019101834268

   

[1] Sun, Z., Hu F., Jin Q., Yuan Z., Feng A., Huang, Y., Yu, J.(2026). Influence of Wingsail Aspect Ratio on the Sailing Performance of an Autonomous Sailboat.（2区）

[2] Sun, Z., Jin Q., Wei, Z., Feng A., Yuan Z., Hu F., Yu, J.(2026). Effects of sea current on the sailing performance of an autonomous sailboat based on VPP analysis. 

Ocean Engineering, 363, 126753（2区TOP)

[3] Feng, A., Sun, Z., Yu, J., Wei, Z., Huang, Y. (2026). Aerodynamic performance and sail-trim characteristics of a dual-tail self-trimming wingsail. Ocean Engineering, 362, 126427（2区TOP), 通讯作者（学生第一作者）

[4] Zhao, Z.,Feng, A., Sun, Z., Yu, J., Huang, Y. (2026).  Fast model predictive control of autonomous sailboats based on improved physics-informed neural networks. Ocean Engineering, 343, 123279（2区TOP）,通讯作者（学生第一作者）

[5] Feng, A., Sun, Z., Yu, J., Zhao, Z., Zhang, Q., Huang, Y. (2025).Effects of Tail-to-Mainsail Distance and Area Ratio on the Performance of Self-Trimming Wingsail for Autonomous Sailboats. Ocean Engineering, 342, 122837.（2区TOP）,通讯作者（学生第一作者）

[6] Sun, Z., Yu, J., Zhao, W., Hu, F., Wang, J., & Jin, Q. (2025). Autonomous sailboat velocity prediction program considering the sea-surface wind velocity gradient. Applied Ocean Research, 155, 104442.（2区）, 第 1 作者

[7] Sun, Z., Feng, A., Yu, J., Zhao, W., & Huang, Y. (2025). Development of autonomous sailboat sails and future perspectives: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 207, 114918.(1区TOP), 第 1作者

[8] Liu, K., Yu, J., Zhao, W., & Sun, Z. (2025). Position-Keeping Method for Unmanned Sailboats Based on NMPC Maximum Speed and Heading Control. Journal of Marine Science & Engineering, 13(4). 

[9]  赵峥韬,赵文涛,孙朝阳,王瑾,&万兵. (2025). 一种基于vfoselm-srp的无人帆船路径预测方法.机器人, 47(2), 249.

[10] Liu, M., Shi, Y., Sun, Z., Sun, J., & Zhao, Z. (2024, September). Research on the self noise characteristics of unmanned sailboat at sea. In 2024 7th International Conference on Information Communication and Signal Processing (ICICSP) (pp. 908-912). IEEE.

[11] 贾金恒,黄琰,赵文涛,孙朝阳,颜闽秀.（2025）.基于模型预测控制的无人帆船轨迹跟踪方法.中国舰船研究,2024, 19(1): 145. 

[12] 卢晓亭,俞建成,孙朝阳,& 王旭.(2023).基于海洋机器人的科学观测与实验系统研究现状与展望.海洋技术学报,42(4), 107-120.

[13] 赵文涛,靖龙悦,孙朝阳.（2023）.基于改进快速行进平方法的无人帆船动态避碰方法.中国舰船研究,19(4): 227–240.

[14] 俞建成,孙朝阳,&张艾群.(2018).海洋机器人环境能源收集利用技术现状.机器人(1), 13.

[15] 刘浩,赵文涛,孙朝阳,刘凯,&俞建成.(2023).无人帆船四自由度运动建模与试验分析.船舶工程, 45(7), 9-16.

[16] 牛温超,孙朝阳,盛忠起,俞建成,赵宝德, & 赵文涛.(2023).无人帆船翼帆桅杆根部应力影响因素及其影响规律研究. 中国机械工程, 34(22). 通讯作者（学生第一作者）

[17] Sun, Z., Hu, F., Yu, J., Zhao, W., & Zhang, A. (2022). Influence of autonomous sailboat dual-wing sail interaction on lift coefficients. Journal of Ocean University of China, 21(3), 656-668. (2区)

[18] Liu, K., Sun, Z., Qu, Y., Yu, J., Huang, Y., & Zhao, W. (2022, February). Research on key methods of autonomous sailboat’s position keeping control. In OCEANS 2022-Chennai (pp. 1-6). IEEE.

[19] Sun, Z., Yu, J., Zhang, A., Huang, Y., & Wang, Z. (2019, July). Design and Characteristic Analysis of Variable Buoyancy System for Long Range Autonomous Underwater Vehicle. In Proceedings of the 2019 4th International Conference on Automation, Control and Robotics Engineering (pp. 1-6).

[20] Sun, Z. Y., Yu, J. C., Zhang, A. Q., & Jin, Q. L. (2019). Analysis of influencing factors on lift coefficients of autonomous sailboat double sail propulsion system based on vortex panel method. China Ocean Engineering, 33(6), 746-752. (2区)

[21] Wang, Z., Yu, J., Zhang, A., Sun, Z., & Kang, S. (2018, May). Development and experiments of the buoyancy adjusting system of long-range AUV. In 2018 OCEANS-MTS/IEEE Kobe Techno-Oceans (OTO) (pp. 1-6). IEEE.

[22] 俞建成,孙朝阳,& 张艾群.(2018). 无人帆船研究现状与展望.机械工程学报. (24), 13.

   

（1）Design and Characteristic Analyze of Variable Buoyancy System for Long Range Autonomous Underwater Vehicle   SUN Zhaoyang    2019-07-20

（1）高海况下风浪流联合作用对无人帆船操纵性的影响机理研究，国家自然科学基金面上项目，负责人，2026-01--2029-12

（2）高海况风浪流扰动下无人帆船运动特性与海况自适应操纵控制方法研究，辽宁省自然科学基金面上项目，负责人， 2025-07--2027-06

（3）面向时变风场的无人帆船新型自平衡帆动力学特性分析与建模，机器人与智能系统全国重点实验室青年基金，负责人，2024-01--2025-12

（4）帆面积调节对无人帆船横摇运动特性的影响机理研究，国家自然科学基金青年基金，负责人，2023-01--2025-12

（5）基于帆面积调节的海气界面观测无人帆船高海况适应性问题研究，中国博士后科学基金面上项目，负责人，2023-01--2024-12

（6）多因素耦合作用下的无人帆船翼帆展弦比优化研究，辽宁省自然科学基金计划博士科研启动项目，负责人，2022-07--2024-07

（7）基于可折叠帆的无人帆船航速控制研究，机器人学国家重点实验室青年基金,负责人，2020-01--2022-12

（8）虚拟锚系通信浮标技术研究，中国科学院战略性先导科技专项，参与，中国科学院计划，2018-10--2023-09

（9）新型水翼无人帆船，参与，国家任务，2018-10--2021-01

（10）南海及邻近海域海气界面参数快速机动组网观测，国家重点研发计划项目，参与，2018-08--2021-12

（11）基于速度最优的无人帆船翼帆形位参数研究，蒋新松创新基金，负责人，2018-05--2020-04

（12）长航程智能化自治式潜水器研制，国家重点研发计划项目，参与，2017-07--2021-12

   

李    波， 机        械，2025级（沈阳工业大学联合培养硕士研究生）

魏志远， 机        械，2025级

刘梓琦， 电子信息，2024级

刘昌盛，  控制工程，2024级（沈阳工业大学联合培养硕士研究生）

冯    傲，  机        械，2023级硕士、2025级博士

赵峥韬，2022级，机械电子工程,   毕业去向：上海宇量昇科技有限公司

牛温超，2021级，机械工程专业，毕业去向：天津空间电源科技有限公司

褚壮壮，2019级，机械工程专业，毕业去向：中国科学院理化技术研究所先进激光研究院(济南)