[發明專利]可變形太陽能水下機器人及控制方法

有效

• 申請號: 201410000093.8
• 申請日: 2014-01-02
• 公開（公告）號: CN103754341A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 王志東;竇京;周玉龍;凌宏杰;李洋;吳娜;凌杰;付佳
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: B63G8/08
• 分類號: B63G8/08;B63G8/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及一種水下機器人，特別是一種可展開成扁平狀、收納成魚雷型并能用太陽能電池板充電的可變形的太陽能水下機器人，屬于海洋工程技術領域。

背景技術

隨著經濟的發展，人們對江河湖海水資源的開發和利用增多，水下作業也不斷增加。相比于傳統的潛水員作業，無人水下機器人下潛深度大、成本低、可靠性高、且可在危險環境下作業，逐漸成為各國開發水下資源的重要裝備。自治無人水下機器人（Autonomous?Underwater?Vehicle，以下簡稱AUV）是一種自身攜帶能源的無人無纜水下機器人，可以通過人工操控或預編程操控其水下作業，在海洋環境調查、海洋資源勘探、水下結構物監測等領域應用廣泛。相比于帶纜遙控水下機器人(Remotely?Operated?Vehicle，以下簡稱ROV），AUV無臍帶纜糾纏、可進入復雜結構、水面操控系統簡單、運行和維護費用較低。AUV代表了未來水下機器人的發展方向，隨著科技的發展及關鍵技術的進一步成熟，AUV的應用前景將會更加廣闊。

AUV本體結構常采用的魚雷型是由流線型改造而成。其前段為一鼻型帽，中段是直筒型殼體，后段類似魚雷尾翼，它的航行阻力較小，易于加工制造、發射和回收。但常規的AUV因其攜帶能源有限而無法支持長時間大范圍的航行。為了解決這方面的問題，現已開發出兩種特殊的AUV：太陽能水下機器人和水下滑翔機器人。前者采用“開源”的方式，后者采用“節流”的方式，均提高了機器人的續航力。美國開發的太陽能自治無人水下機器人(solar-powered?autonomous?underwater?vehicles以下簡稱SAUV）是一種能下潛到500米的太陽能AUV，自身攜帶太陽能電池板和鋰離子電池，可定期浮出水面補充電力，同時進行GPS位置矯正和遠程信息交換。但是為了安裝太陽能電池板，SAUV被設計成扁平狀，重達370磅，航行阻力大，行進緩慢，僅為每小時2英里。常規的AUV一般采用螺旋槳和舵翼配合的驅動方式，或者采用無舵翼的多個推進器驅動方式，水下滑翔機器人則采用浮力驅動方式：通過調節本體的重心來改變姿態，配合浮力調節產生運動的推進力。這種驅動方式可以保證高的推進效率和低的航行速度，因此獲得高的續航時間和航程。例如中國發明專利CN101070092A公開了一種“混合驅動水下航行器”，其驅動系統在水平舵翼、垂直舵翼、導管螺旋槳推進器的基礎上增加了浮力調節系統和俯仰調節系統。實現了螺旋槳舵翼模式和滑翔模式下的運動控制，能夠大范圍長時間作業。中國發明專利CN101070091A公開了一種“深海太陽能潛水器“，既可以使用太陽能電池板獲取電能，又能以浮力驅動的大角度滑翔運動方式來提高續航力，還能通過推進器驅動實現高的機動性。但上述兩種機器人在魚雷型本體上安裝固定翼后體型變寬，航行阻力變大，作業范圍有限，不易進入狹小空間作業；滑翔模式時機器人航速低、機動能力差、運動軌跡單一（鋸齒型）；控制對象多，控制系統復雜，但其功能并沒有拓展，僅可以進行不同方式的浮游，不具備爬壁能力。

綜上所述，高續航力的AUV尚存在以下缺點：1、改變了低阻力魚雷型外殼，航行速度低，機動能力差，作業范圍有限；2、驅動控制對象多，控制系統復雜；3、功能單一，僅可以浮游作業，不可進行其他模態的運動。

發明內容

本發明的目的是提供一種機動性高、續航力強、航速阻力小、控制簡單、并且可以吸附壁面爬行的變形水下機器人及運行方法。這種機器人實用性強，適用范圍廣，可以根據不同的任務需要伸展成扁平狀或收納成魚雷型。

????本發明通過以下技術方案予以實現：