The concept of aerial-aquatic robots has emerged as an innovative solution that can operate both in the air and underwater. Previous research on the design of such robots has been mainly focused on mature technologies such as fixed-wing and multi-rotor aircraft. Flying fish, a unique aerial-aquatic animal that can both swim in water and glide over the sea surface, has not been fully explored as a bionic robot model, especially regarding its motion patterns with the collapsible pectoral fins. To verify the contribution of the collapsible wings to the flying fish motion pattern, we have designed a novel bio-robot with collapsible wings inspired by the flying fish. The bionic prototype has been successfully designed and fabricated, incorporating collapsible wings with soft hydraulic actuators, an innovative application of soft actuators to a micro aquatic-aerial robot. We have analyzed and built a precise model of dynamics for control, and tested both the soft hydraulic actuators and detailed aerodynamic coefficients. To further verify the feasibility of collapsible wings, we conducted simulations in different situations such as discharge angles, the area of collapsible wings, and the advantages of using ground effect. The results confirm the control of the collapsible wings and demonstrate the unique multi-modal motion pattern between water and air. Overall, our research represents the study of the collapsible wings in aquatic-aerial robots and significant contributes to the development of aquatic-aerial robots. The using of the collapsible wings must a contribution to the future aquatic-aerial robot.


翻译:本研究的概念是通过设计既能在水中、也能在空中操作的机器人,从而发展出一种创新的解决方案。以前的研究主要集中于成熟的技术,如固定翼和多旋翼飞行器上,而空地两用的独特动物——飞鱼的柔性鳍状状肢体在机器人模型中,并未完全被探索。为了验证折叠翼对于飞鱼运动模式的贡献,我们设计了一种受飞鱼启发的新型仿生机器人带有可折叠翼梢。这一仿生原型的成功设计和制造,将柔性液压驱动器与微机器人的应用结合起来,通过详细的动力学控制模型进行分析和构建,在此基础上测试了液压驱动器以及详细的气动力学系数。为了进一步验证折叠翼的可行性,我们在不同情况下进行了模拟,例如卸载角,可折叠翼的面积,以及使用地效的优势。结果确认了可折叠翼的控制,并展示了水和空气之间独特的多模式运动模式。总之,本研究代表了对水空两用机器人中可折叠翼的研究,并为水空两用机器人的发展做出了重要贡献。这种可折叠翼的使用必将为未来的水空两用机器人做出贡献。

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