Unmanned underwater vehicles are increasingly employed for maintenance and surveying tasks at sea, but their operation in shallow waters is often hindered by hydrodynamic disturbances such as waves, currents, and turbulence. These unsteady flows can induce rapid changes in direction and speed, compromising vehicle stability and manoeuvrability. Marine organisms contend with such conditions by combining proprioceptive feedback with flexible fins and tails to reject disturbances. Inspired by this strategy, we propose soft morphing wings endowed with proprioceptive sensing to mitigate environmental perturbations. The wing's continuous deformation provides a natural means to infer dynamic disturbances: sudden changes in camber directly reflect variations in the oncoming flow. By interpreting this proprioceptive signal, a disturbance observer can reconstruct flow parameters in real time. To enable this, we develop and experimentally validate a dynamic model of a hydraulically actuated soft wing with controllable camber. We then show that curvature-based sensing allows accurate estimation of disturbances in the angle of attack. Finally, we demonstrate that a controller leveraging these proprioceptive estimates can reject disturbances in the lift response of the soft wing. By combining proprioceptive sensing with a disturbance observer, this technique mirrors biological strategies and provides a pathway for soft underwater vehicles to maintain stability in hazardous environments.


翻译:无人水下航行器在海洋维护与勘测任务中的应用日益广泛,但其在浅水区域的作业常受到波浪、洋流和湍流等水动力扰动的阻碍。这些非定常流动可引发航向与速度的快速变化,损害航行器的稳定性与机动性。海洋生物通过将本体感知反馈与柔性鳍尾相结合来应对此类扰动。受此策略启发,我们提出赋予本体感知能力的软变形翼以缓解环境扰动。机翼的连续形变为动态扰动推断提供了天然途径:翼型弯度的突变直接反映了来流的变化。通过解译该本体感知信号,扰动观测器能够实时重构流动参数。为此,我们开发并实验验证了具有可控弯度的液压驱动软翼动力学模型。随后证明基于曲率的传感技术可实现对攻角扰动的精确估计。最后,我们展示了利用这些本体感知估计的控制器能够有效抑制软翼升力响应中的扰动。通过将本体感知与扰动观测器相结合,该技术模拟了生物策略,为软体水下航行器在危险环境中保持稳定性提供了可行路径。

0
下载
关闭预览

相关内容

【CMU博士论文】水下三维视觉感知与生成
专知会员服务
19+阅读 · 2025年8月20日
水下无人通信载荷技术综述与应用前景
专知会员服务
19+阅读 · 2025年3月30日
自主水下航行器集群组网技术发展与展望
专知会员服务
37+阅读 · 2024年4月26日
水下无人机的演变:未来战争的关键一环
专知会员服务
42+阅读 · 2024年4月24日
《改进水下恶劣条件下人机协作的机器视觉》252页
专知会员服务
29+阅读 · 2024年3月13日
前沿:水下机器人及其导航系统
科学出版社
11+阅读 · 2019年6月22日
【学科发展报告】无人船
中国自动化学会
29+阅读 · 2019年1月8日
海洋论坛丨水声目标识别技术现状与发展
无人机
26+阅读 · 2018年12月17日
国外无人水下航行器装备与技术现状及展望
无人机
14+阅读 · 2018年1月11日
水下无人系统发展现状及关键技术
无人机
21+阅读 · 2018年1月5日
无人机飞行控制方法概述
无人机
12+阅读 · 2017年10月7日
详述DeepMind wavenet原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
12+阅读 · 2017年6月26日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
17+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关VIP内容
相关资讯
前沿:水下机器人及其导航系统
科学出版社
11+阅读 · 2019年6月22日
【学科发展报告】无人船
中国自动化学会
29+阅读 · 2019年1月8日
海洋论坛丨水声目标识别技术现状与发展
无人机
26+阅读 · 2018年12月17日
国外无人水下航行器装备与技术现状及展望
无人机
14+阅读 · 2018年1月11日
水下无人系统发展现状及关键技术
无人机
21+阅读 · 2018年1月5日
无人机飞行控制方法概述
无人机
12+阅读 · 2017年10月7日
详述DeepMind wavenet原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
12+阅读 · 2017年6月26日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
17+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员