22、多旋翼飞行器与水生环境：机器人技术的探索与实践

多旋翼飞行器与水生环境：机器人技术的探索与实践

1. 水下机器人的运动测试

在水下机器人的研发过程中，对其运动能力的测试至关重要。首先进行了室内垂直运动测试，在1米深的水箱中评估深度控制方案的有效性。测试时，将吊舱放入水中，通过系绳与四旋翼相连，并向其发送不同的深度设定点进行跟踪。结果表明，吊舱能够有效地跟踪用户定义的深度，基于浮力的驱动可用于垂直机动，通常能在约5秒内达到新的设定点。不过，在向下移动到更大深度时，吊舱会围绕目标深度产生缓慢的振荡运动，这可能意味着驱动机制无法完全消除所有振荡，但波动幅度通常在2 - 5厘米左右。考虑到预期的数米操作范围以及非理想的实验条件（不可避免地存在一些水的流动），尽管存在振荡，系统的精度仍相当可观。而在向较小深度移动时，机器人似乎能更准确、快速地稳定下来，这可能是由于泵和阀门结合的驱动方式，深度增加是通过打开阀门实现的。

水平运动方面，虽然长距离水平移动主要依靠四旋翼本身，但吊舱在感兴趣区域内的机动和定位能力也很重要。例如在某些任务中，可能需要接近水下物体，如石油平台立管、珊瑚礁，甚至进入管道等结构下方或内部。对MEDUSA的横向机动性和性能测试显示，基于喷射的驱动提供了足够的推力，使其机动性适合预期的任务类型。吊舱可以快速重新定向，水平转弯速度可达100°/秒，在系绳允许的范围内能达到约0.35米/秒的速度。通过将吊舱操纵到只有一个侧向开口的封闭空间，证明了它能够进入狭窄的受限空间，这是该系统的一项重要能力。

室外测试在一个被茂密森林环绕的湖泊中进行。水况平静，但有阵风。对于空水两栖机器人来说，从空气到水以及从水到空气的过渡是最关键的方面之一。测试成功展示了携带卷绕单元和吊舱的四旋翼多次从水面起降，螺旋桨的下洗气流在起飞时不会产生明显的水