科研动态0 F+ u" M: M) P- f. @: ~
近日，上海交通大学海洋学院海洋技术团队哪吒实验室硕士研究生白玉林在机器人领域期刊《IEEE Robotics and Automation Letters》发表题为“Nezha-F: Design and Analysis of a Foldable and Self-Deployable HAUV”的研究论文，论文通讯作者为海洋学院曾铮副研究员，上海交通大学海洋学院为第一单位。该论文展示了一种基于活塞式浮力调节系统的可折叠机臂式海空两栖航行器—“Nezha-F”的原理分析与机械设计、水下执行机构的建模与控制补偿以及整体样机研制与试验工作。
$ M! U2 v2 l( | [$ _4 b6 c$ C, y% D8 m6 j! H. R8 @5 M' c6 C
6 G" l8 j6 q$ ~5 f- i
6 i+ Q6 v2 N1 f( Z& W5 J# k) P6 S
4 _8 Q7 j" E5 x0 q运行模态展示
# l9 ^6 M/ m. r0 w
. M7 X1 F+ G% a" ?8 \
6 D) r8 Q, ~# Q# _/ `- n7 Q% j& k k机臂折叠与浮力调节系统半联动示意图9 N5 h9 B6 C3 P; a6 P; ]
海空两栖航行器在海气界面观测、海事应急搜救、水空两域侦查以及辅助遥感卫星数据反演标定等领域都有潜在的应用价值。旋翼构型的两栖航行器的复杂不规则形态使其在水下运动过程中承受较大阻尼。本文提出了一种曲柄滑杆式的机臂折叠结构，与水下航行器的浮力调节系统形成半联动式配合，最终能够使得航行器在水面与空中呈现四旋翼构型，在执行水下任务中呈现外形更为流线的浮标外形。该设计未引入额外的执行机构，在保持航行器的轻量化和便携性的同时减小了旋翼式两栖航行器在水下运动产生的阻尼，仿真结果显示在执行相同任务时该结构能帮助航行器节省69%的能量消耗。
, n' Z9 T# Q9 X" L5 y
) ]; O4 G1 D7 V' p6 a: O- S
) s u9 C: z" i2 c3 S: W
1 r: W+ V$ @6 X' _+ h# [( `* k& t3 s
9 P" U4 L7 m7 D: o1 Z. v
' ~+ D6 h1 p+ T/ ]. ]# X, }* v7 I! ]/ p$ }# U) |. J
: a! [ Q5 \0 E. K2 y% d
7 P, q) G: @, jNezha-F工作模式示意图与全流程自主试验
: o( a) J& z# a% }, b经过实际的千岛湖测试，验证了Nezha-F具有完全自主的空中巡航能力、反复跨越介质能力、水下连续定深能力以及自主返航回收能力。最终Nezha-F的水下续航长达29小时，远长于现有其它的海空两栖航行器的水下续航，安全下潜深度为8m，水下连续定深误差小于5cm。本研究为解决旋翼型两栖航行器在液体介质中的大阻尼、较高能耗问题提供了机械结构设计方面的解决思路，拓宽了两栖航行器在水下的应用场景。8 v) J' P% S6 s" O- |- T
该项研究得到上海市“科技创新行动计划”社会发展科技攻关项目（20dz1206600），上海市自然科学基金（20ZR1424800）和上海交通大学深蓝计划重点项目（SL2022ZD106）资助。9 {7 [) }/ E4 f% i* _0 b" P- {" \
论文链接：& q. |8 \4 k% R# B
https://ieeexplore.ieee.org/document/10058166（可点击文末“阅读原文”查看） `3 W5 q0 r% U* O. ~
供稿 | 哪吒实验室& b5 l5 k% i7 L2 G5 M
编辑 | 谢安琪1 Z1 E9 f4 W4 E7 N) J
' c: w9 _8 b' Z& Q$ a9 F4 v% ~0 ]- @- T% q
# @2 ~2 N o& {4 f. ?; c
; t, c9 u- }3 F' X Y信息来源：上海交通大学海洋学院。
1 [4 J, K9 V7 X( R' n |
0 v8 e/ T* \7 D, Q7 r
T8 O0 H; c, O$ H# c
# V3 _; [$ @+ Z6 U& A. b
! Z3 O, p7 T+ i% U
, J1 b' E8 C9 ]) M; K; ^