Snapp: An Agile Robotic Fish with 3-D Maneuverability for Open Water Swim

要約

魚は、波打つ尾びれと胸びれを推進力と操縦性に利用し、複雑な水中環境で印象的な運動能力と敏捷性を発揮します。
ロボット魚でこれらの能力を再現するのは困難です。
既存の設計は、主に限られた環境内での、限られた速度での高速遊泳または方向制御のいずれかに焦点を当てています。
これらの制限に対処するために、私たちは、高速かつ完全な 3 次元操作性で外海を泳ぐことができる統合型ロボット魚 Snapp を設計しました。
このメカニズムには、新しい巡回微分法が重ねられています。
推進力とヨーステアリングを統合し、迅速な軌道修正を実現します。
2 つの独立した胸びれがピッチとロールを制御します。
私たちはオープンウォーター環境で Snapp を評価しました。
私たちは、速度と操縦性が大幅に向上し、1.5 m/s (1 秒あたり 1.7 体の長さ) の遊泳速度を達成し、8 の字や S 字の軌道などの複雑な操縦を実行できることを実証しました。
0.4秒で15$^{\circ}$の瞬間的なヨー変化、最小回転半径0.85m、最大ピッチおよびロールレートそれぞれ3.5rad/sと1rad/sが記録されました。
私たちの結果は、スナップの遊泳能力が外海での優れた実用的な可能性を秘めており、機敏なロボット魚の開発に大きく貢献することを示唆しています。

要約(オリジナル)

Fish exhibit impressive locomotive performance and agility in complex underwater environments, using their undulating tails and pectoral fins for propulsion and maneuverability. Replicating these abilities in robotic fish is challenging; existing designs focus on either fast swimming or directional control at limited speeds, mainly within a confined environment. To address these limitations, we designed Snapp, an integrated robotic fish capable of swimming in open water with high speeds and full 3-dimensional maneuverability. A novel cyclic-differential method is layered on the mechanism. It integrates propulsion and yaw-steering for fast course corrections. Two independent pectoral fins provide pitch and roll control. We evaluated Snapp in open water environments. We demonstrated significant improvements in speed and maneuverability, achieving swimming speeds of 1.5 m/s (1.7 Body Lengths per second) and performing complex maneuvers, such as a figure-8 and S-shape trajectory. Instantaneous yaw changes of 15$^{\circ}$ in 0.4 s, a minimum turn radius of 0.85 m, and maximum pitch and roll rates of 3.5 rad/s and 1 rad/s, respectively, were recorded. Our results suggest that Snapp’s swimming capabilities have excellent practical prospects for open seas and contribute significantly to developing agile robotic fishes.

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