伦敦帝国理工学院新型水空两用无人机可从水中弹射到空中 | 智能技术

发布日期:2019-09-21 10:00
在ICRA 2015上,伦敦帝国理工学院的空中机器人实验室提出了一种名为AquaMAV的多模式飞行游泳人工智能机器人的概念。飞行和游泳机器人真正困难的不是从第一个到第二个的过渡,因为你可以管理即使你的机器人完全死了(由于重力),而是另一种方式:来自水到空气,理想情况下是稳定和重复的方式。AquaMAV概念通过尽可能多地集中力量来解决这个问题,使用喷射推进器将机器人从水中推出,并且达到相当高的速度。



近日,出现在Science Robotics上的一篇论文中,AquaMAV背后的机器人专家提出了一个完全可操作的机器人,它使用固体燃料驱动的化学反应产生爆炸,使机器人从水里飞进空中。

2015年版的AquaMAV,只是使用了CO2的小气缸来增强其水射流推进器,这虽然有效,但压缩气体的储存和释放机制的质量和复杂性对于设计用于长期自动飞行机器人来说并不是那么实用。这是一个熟悉的挑战,特别是对于气动软机器人--您如何有效地按需生产天然气,特别是如果您需要同时承受大量压力? 

爆炸将无人驾驶飞机从水中推开
有一种明显的方法可以同时产生大量的加压气体,这就是爆炸。从这架机器人飞机后部喷出的水射流正是被瓦斯爆炸推动。气体来自存储在机器人内部的一点碳化钙粉末与水之间的反应。将水与粉末一次一滴混合,产生乙炔气体,将其与空气和水一起通过管道输送到燃烧室中。当点燃时,乙炔空气混合物爆炸,迫使水离开燃烧室并提供高达51 N的推力,这足以将16公里长的160克机器人以11米/秒的速度发射到水面上。只需50毫克的碳化钙(与3滴水混合)就可以为每次爆炸产生足够的乙炔,当然空气和水都是现成的。船上装有0.2克碳化钙粉末,机器人有足够的燃料可以进行多次跳跃。



下一步:让机器人自动飞行
提供足够的推力只是在试图用固定翼机器人征服水-空气过渡时需要解决的一个问题。机器人本身的整体设计也是一个挑战,因为机器人的最佳设计和平衡在每个操作阶段都有很大不同。

为了使车辆在喷射阶段以稳定的方式飞行,质心必须是车辆压力中心前方的显着距离。然而,为了在喷射期间保持水面上的稳定浮动位置和所需角度,质心必须位于浮力中心的后面。对于滑行阶段,必须在质心和压力中心之间达到精细平衡,以被动地实现静态纵向飞行稳定性。在滑行过程中,质心应该从机翼的压力中心稍微向前。 

目前的版本主要针对飞行的喷射阶段进行了优化,并且还没有任何主动飞行控制表面,但研究人员乐观地认为,如果他们增加一些,他们就可以让机器人自动飞行。它现在只是一个滑翔机,但是低功率螺旋桨在此之后是明显的步骤,并且为了获得真正的进化,可切换的变速箱可以实现水上和空中的有效运动。从长远来看,这样的机器人对于大面积自动水采样等任务非常有用。