Platform development and gliding optimization of a robotic flying fish with morphing pectoral fins

变形 推进 仿生学 海洋工程 模拟 计算机科学 机器人 工程类 航空航天工程 人工智能
作者
Di Chen,Zhengxing Wu,Huijie Dong,Yan Meng,Junzhi Yu
出处
期刊:Bioinspiration & Biomimetics [IOP Publishing]
卷期号:18 (3): 036010-036010 被引量:1
标识
DOI:10.1088/1748-3190/acce86
摘要

The aquatic-aerial robot with the free interface crossing can enhance adaptability in complex aquatic environments. However, its design is extremely challenging for the striking discrepancies in propulsion principles. The flying fish in nature exhibits remarkable multi-modal cross-domain locomotion capability, such as high-maneuvers swimming, agile water-air crossing, and long-distance gliding, providing extensive inspiration. In this paper, we present a unique aquatic-aerial robotic flying fish with powerful propulsion and a pair of morphing wing-like pectoral fins to realize cross-domain motion. Furthermore, to explore the gliding mechanism of flying fish, a dynamic model with a morphing structure of pectoral fins is established, and a double deep Q-network-based control strategy is proposed to optimize the gliding distance. Finally, experiments were conducted to analyze the locomotion of the robotic flying fish. The results suggest that the robotic flying fish can successfully perform the 'fish leaping and wing spreading' cross-domain locomotion with an exiting speed of 1.55 m s-1(5.9 body lengths per second, BL/s) and a crossing time of 0.233 s indicating its great potential in cross-domain. Simulation results have validated the effectiveness of the proposed control strategy and indicated that the dynamical adjustment of morphing pectoral fins contributes to improving the gliding distance. The maximum gliding distance has increased by 7.2%. This study will offer some significant insights into the system design and performance optimization of aquatic-aerial robots.
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