21、多旋翼飞行器与水生环境探索

多旋翼飞行器与水生环境探索

在探索能够适应空中和水生环境的机器人时，传统使用固定翼来产生升力的混合机器人存在一些局限性。固定翼机器人虽然飞行效率高，适合长距离飞行，但在起降方面较为复杂，且机翼在水下会带来较大的阻力问题。而多旋翼飞行器则能在一定程度上避免这些缺点，不过在执行空中 - 水生任务时也面临着显著挑战。

1. MEDUSA系统简介

现有的空中 - 水生多旋翼解决方案存在水下效率和通信方面的限制，无线信号在水下穿透深度浅且能耗大。为解决这些问题，我们借鉴自然界的共生关系，提出了一种由四旋翼飞行器和水下舱组成的新型机器人系统——MEDUSA（Multi - Environment Dual - robot for Underwater Sample Acquisition）。

这种共生机器人系统的优势在于，两个机器人的优势可以相互补充。例如，低飞四旋翼投放绳索连接传感器入水再收回的方案虽然相对可靠，但受限于四旋翼的短电池续航时间，且对传感器在水中的定位控制不准确。而MEDUSA系统中，四旋翼飞到指定位置后降落在水面，部署水下舱进行测量。与现有空中机器人系统相比，降落水面可使四旋翼被动漂浮，延长任务时长；与单机器人系统相比，MEDUSA具有模块化和易于开发的优点，四旋翼使用现成组件，无需从头设计制造，且无需过多防水处理。

该系统为空中 - 水生运动领域带来了四个新贡献：
- 提出了一种基于传统多旋翼平台的新型机器人水样采集方法，更适合快速现场测试。
- 探讨了共生双机器人系统所需的通信、电子和控制框架的开发。
- 展示了新原型MEDUSA的集成，验证了所提出的概念。
- 在实验室环境和户外实地测试中展示了系统的运行情况