Project URSULA: Design of a Robotic Squid for Underwater Manipulation

📄 arXiv: 2503.13913v1 📥 PDF

作者: Berke Gur

分类: cs.RO

发布日期: 2025-03-18

备注: Presented during the IEEE OES AUV 2024 Symposium held in Boston, MA, USA between the dates 18-20 September, 2024. 6 pages, 7 pages, 17 references

💡 一句话要点

设计仿生水下机器人URSULA，用于水下灵巧操作和新型水下技术验证。

🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)

关键词: 水下机器人 仿生设计 软体机械臂 无螺旋桨推进 水下定位导航

📋 核心要点

  1. 现有水下操作机器人灵活性不足，且推进方式可能对水生环境造成干扰。
  2. URSULA采用仿生鱿鱼设计，结合软体机械臂和无螺旋桨推进，提升操作灵活性并减少环境影响。
  3. 该机器人集成多种先进技术，包括水下定位导航、远程操控和高速水下通信，目前原型正在进行水池测试。

📝 摘要（中文）

本文介绍了为灵巧水下操作而开发的仿生机器人鱿鱼（名为URSULA）的设计。该机器人作为一个测试平台，用于验证多种新型水下技术，例如软体机械臂、无螺旋桨推进、基于模型并通过视频和触觉反馈进行远程操作、基于声纳的水下地图构建、定位和导航，以及高带宽可见光通信。在完成详细设计后，已制造出一个原型，目前正在进行水池测试。

🔬 方法详解

问题定义：现有水下机器人通常采用刚性结构和螺旋桨推进，在复杂水下环境中操作灵活性受限，且螺旋桨可能对海洋生物造成伤害。此外，水下定位、导航和通信也是挑战。

核心思路：模仿鱿鱼的生物结构和运动方式，设计一种具有软体机械臂和无螺旋桨推进的水下机器人。通过仿生设计，提高机器人的灵活性和环境适应性，并减少对水生环境的干扰。同时，集成先进的水下定位、导航和通信技术，实现更高效的水下操作。

技术框架：URSULA机器人包含以下主要模块：1) 软体机械臂：用于灵巧的水下操作；2) 无螺旋桨推进系统：模仿鱿鱼的喷水推进方式；3) 水下定位和导航系统：基于声纳进行水下地图构建、定位和导航；4) 远程操作系统：通过视频和触觉反馈实现远程控制；5) 可见光通信系统：实现高带宽的水下数据传输。

关键创新：该论文的关键创新在于将仿生设计与多种先进水下技术相结合，创造了一种新型的水下机器人。与传统的刚性水下机器人相比，URSULA具有更高的灵活性和环境适应性。无螺旋桨推进系统减少了对水生环境的干扰。集成的高带宽可见光通信系统提高了水下数据传输效率。

关键设计：软体机械臂的具体结构和材料选择未知，推进系统的具体实现方式未知，声纳系统的参数设置未知，远程操作系统的触觉反馈机制未知，可见光通信系统的调制解调方案未知。这些细节需要在后续的研究中进一步明确。

🖼️ 关键图片

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📊 实验亮点

虽然摘要中提到原型正在进行水池测试，但没有提供具体的实验结果数据。因此，无法量化URSULA机器人在性能上的提升。未来的研究需要提供更详细的实验数据，例如操作精度、推进效率、定位精度和通信速率等，以验证该设计的有效性。

🎯 应用场景

URSULA机器人可应用于水下环境监测、水下基础设施维护、水下搜救、海洋科学研究等领域。其灵活性和环境适应性使其能够在复杂水下环境中执行任务，减少对海洋生物的干扰。高带宽水下通信能力可用于实时传输水下数据，提高工作效率。该研究为未来水下机器人的发展提供了新的思路。

📄 摘要（原文）

With this paper, the design of a biomimetic robotic squid (dubbed URSULA) developed for dexterous underwater manipulation is presented. The robot serves as a test bed for several novel underwater technologies such as soft manipulators, propeller-less propulsion, model mediated tele-operation with video and haptic feedback, sonar-based underwater mapping, localization, and navigation, and high bandwidth visible light communications. Following the finalization of the detailed design, a prototype is manufactured and is currently undergoing pool tests.