SurfAAV: Design and Implementation of a Novel Multimodal Surfing Aquatic-Aerial Vehicle

要約

水生空中ロボットの研究における大幅な進歩にもかかわらず、既存の構成は、水中、表面、および航空運動を同時に効率的に実行するのに苦労しています。
このホワイトペーパーでは、水中ナビゲーション、表面の滑空、および空中飛行能力を効率的に統合する新しいマルチモーダルサーフィン水生車両Surfaavを提案します。
斬新な微分スラストベクターのハイドロフォイルの設計のおかげで、Surfaavは、浮力調整システムを必要とせずに、効率的な表面の滑走と水中ナビゲーションを実現できます。
この設計は、表面タスクと水中タスクの両方に柔軟な運用機能を提供し、ロボットが水中監視活動を迅速に実行できるようにします。
さらに、別の水域に到達する必要がある場合、Surfaavは滑空離陸を介して航空モードに切り替えて、対応するタスクを実行するためにターゲット水域に飛びます。
この手紙の主な貢献は、水中、表面、および空中ムーブメントのための新しいソリューションを提案し、新しいハイブリッドプロトタイプの概念を設計し、必要な制御法則の開発、および表面の滑空と滑空の離陸をうまく実行するロボットの能力を検証することにあります。
Surfaavは、最大表面滑走速度7.96 m/sと3.1 m/sの最大水速度を達成します。
プロトタイプの表面の滑空操作性と水中の巡航操作性は、どちらも既存の水生車両の車両を超えています。

要約(オリジナル)

Despite significant advancements in the research of aquatic-aerial robots, existing configurations struggle to efficiently perform underwater, surface, and aerial movement simultaneously. In this paper, we propose a novel multimodal surfing aquatic-aerial vehicle, SurfAAV, which efficiently integrates underwater navigation, surface gliding, and aerial flying capabilities. Thanks to the design of the novel differential thrust vectoring hydrofoil, SurfAAV can achieve efficient surface gliding and underwater navigation without the need for a buoyancy adjustment system. This design provides flexible operational capabilities for both surface and underwater tasks, enabling the robot to quickly carry out underwater monitoring activities. Additionally, when it is necessary to reach another water body, SurfAAV can switch to aerial mode through a gliding takeoff, flying to the target water area to perform corresponding tasks. The main contribution of this letter lies in proposing a new solution for underwater, surface, and aerial movement, designing a novel hybrid prototype concept, developing the required control laws, and validating the robot’s ability to successfully perform surface gliding and gliding takeoff. SurfAAV achieves a maximum surface gliding speed of 7.96 m/s and a maximum underwater speed of 3.1 m/s. The prototype’s surface gliding maneuverability and underwater cruising maneuverability both exceed those of existing aquatic-aerial vehicles.

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