[發明專利]空中、水面和水下多棲航行器及其控制方法

在審

• 申請號: 201710664342.7
• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN109324629A
• 公開（公告）日: 2019-02-12
• 發明（設計）人: 連璉;曾錚;盧迪;李戴維;劉純虎;任平;馬廈飛
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;上海交大海洋水下工程科學研究院有限公司
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G01D21/02
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

1.一種空中、水面和水下多棲航行器，其特征在于，包括總體集成單元，還包括水下功能單元、空中功能單元以及水面功能單元這三種功能單元；

水下功能單元實現水下航行功能，并在水下航行過程中采集探測數據；

空中功能單元實現空中航行功能，并在空中航行過程中采集探測數據；

水面功能單元實現水面航行功能，并在水面航行過程中采集探測數據；

總體集成單元根據任務指令在水下功能單元、空中功能單元以及水面功能單元之間，切換執行動作的功能單元，并將水下功能單元采集的探測數據在空中航行或水面航行過程中發回基站或衛星。

2.根據權利要求1所述的空中、水面和水下多棲航行器，其特征在于，所述總體集成單元包括：中控系統、能源供給模塊、安全監測模塊、通信定位模塊、數據儲存管理模塊；

在中控系統的控制下：功能單元執行工作指令，能源供給模塊提供能源分配，通信定位模塊進行位置定位、工作指令接收以及探測數據回傳，安全監測模塊實施狀態檢測，數據儲存管理模塊存儲探測數據。

3.根據權利要求1所述的空中、水面和水下多棲航行器，其特征在于，所述水下功能單元包括：水下控制動力子系統、浮力調節模塊、應急安全模塊；水下控制動力子系統實現水下滑翔或自治航行，浮力調節模塊實現水下自主浮潛，應急安全模塊實現改變自重調節浮力。

4.根據權利要求1所述的空中、水面和水下多棲航行器，其特征在于，所述空中功能單元包括：飛行控制動力子系統；飛行控制動力子系統實現自主飛行功能，包括從岸基或船舶甲板進行飛行式布放和回收，近海平面定高飛行與自主避障、攝像，指定海域降落以及自主返航。

5.根據權利要求1所述的空中、水面和水下多棲航行器，其特征在于，所述水面功能單元包括：水面控制動力子系統；水面控制動力子系統實現水面的自主航行功能，包括水面漂浮、自主循跡。

6.一種權利要求1至5中任一項所述的空中、水面和水下多棲航行器的控制方法，其特征在于，包括：

將任務指令上傳至中控系統；其中，所述任務指令包括任務目標；任務開始后，由中控系統根據任務指令發出工作指令以激活空中功能單元，空中功能單元通過動作使多棲航行器從基站起飛升空；待多棲航行器上升到安全高度后，中控系統依據當前所處環境及接下來的任務目標的要求實施運動模式切換：

-若任務目標的要求執行空中行為，則中控系統保持喚醒空中功能單元并使空中功能單元執行相應動作；

-若任務目標的要求執行水面行為，則中控系統命令空中功能單元動作將多棲航行器移動到目標水域水面上，而后切換水面運動模式并使水面功能單元執行相應動作；

-若任務目標的要求執行水下行為，則待空中功能單元將多棲航行器移動到目標水域水面后，切換水下運動模式并由水下功能單元執行相應動作。

7.根據權利要求6所述的空中、水面和水下多棲航行器的控制方法，其特征在于，如若執行空中任務，則在多棲航行器升空后，中控系統一直保持空中功能單元的喚醒，并保持空中功能單元工作直至任務結束；空中任務執行過程中，通信定位模塊通過GPS信號，時刻獲取自身所處位置的位置信息；位置信息經過處理加工反饋至中控系統，由中控系統的位置及姿態控制模塊實時將反饋的位置信息與目標路徑進行對比，反饋控制器依據偏差信號生成糾偏指令，下行傳輸給空中功能單元，執行具體的航跡糾偏動作，保證多棲航行器能夠沿著預定軌跡飛行；

執行空中任務過程中，中控系統啟動空中探測設備，在空中飛行過程中，實時采集所需的目標信息，將需要與基站進行實時傳輸的數據整理打包通過通信定位系統反向傳輸至基站，而將不需要實時傳輸的數據經處理后存入數據儲存管理模塊；安全監測模塊實時地監控多棲航行器飛行狀態，對出現的異常狀況及時進行報警，安全監測模塊將狀態異常信號反饋至中控系統，并同時通過通信定位系統將危險信號反饋給基站；中控系統依據當前狀態異常信息進行邏輯分析與處理，并自主地做出相應的應急動作，然后依據優化路徑返航或原地下降至海面漂浮以等待后續救援措施。