[發明專利]油囊與推進器混合控制ROV水下懸停及定深控制裝置

有效

• 申請號: 201810112445.7
• 申請日: 2018-02-05
• 公開（公告）號: CN108357656B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 段發階;孫中波;蔣佳佳;王憲全;卜令冉;李春月;劉晗;黨文杰;馬世雄;鄧澈
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B63G8/16
• 分類號: B63G8/16;B63G8/22
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

本發明屬于遙控無人潛水器技術領域，為提出一種能夠靈活控制浮力以適應不同環境及工作任務，并且在工作過程中能減小能源消耗的混合控制的水下控制裝置，本發明，油囊與推進器混合控制ROV水下懸停及定深控制裝置，由控制箱，臍帶纜，ROV控制系統，ROV密封、耐壓殼體，左舷垂直推進器，右舷垂直推進器，艏部油囊式浮力調節裝置，艉部油囊式浮力調節裝置組成；控制箱通過臍帶纜連接ROV控制系統；設于ROV密封、耐壓殼體內的ROV控制系統由系統控制模塊、深度傳感器、三軸加速度傳感器、三軸陀螺儀和三軸磁力計組成的姿態控制模塊，推進器驅動模塊，浮力調節裝置驅動模塊組成。本發明主要應用于無人潛水器設計制造場合。

技術領域

本發明屬于遙控無人潛水器技術領域，特別是涉及一種油囊與推進器混合控制的ROV水 下懸停及定深控制裝置。具體講,涉及油囊與推進器混合控制ROV水下懸停及定深控制裝置。

背景技術

遙控無人潛水器(Remotely Operated Vehicle，簡稱ROV)是拖帶電纜，由船上或岸上操 作人員控制其航行和作業的潛水器，在漁業、水下救援、海洋資源探測、水下工程等領域具 有廣泛的應用。ROV在對目標進行觀測及定點作業的過程中，為保證好的作業效果，要求其 在一定深度處保持懸停，一般ROV在靜態時具有微小的正浮力，通過ROV的垂直推進器產 生的推力來改變其受力情況，從而實現定深及懸停的功能。然而這樣的設計具有兩方面的缺 陷：(1)ROV在不同海域工作時，海水密度變化導致ROV預置浮力的變化，以及在水下作 業時撿取或拋載物品導致的重力變化，會使其整體受力發生變化，從而影響其航行動力參數， 嚴重時會導致其定深及懸停功能失效，(2)小型觀測型ROV一般自身攜帶電池，傳統的通過 垂直推進器抵消微正浮力實現定深及懸停的控制裝置，需要推進器持續工作，能耗高，會嚴 重縮短ROV的續航時間。

油囊式浮力調節裝置是利用油囊的柔性，通過向油囊中打進或抽出液壓油來改變油囊的 體積，進而在不改變潛水器重量的情況下改變浮力，從而改變潛水器的受力情況。與推進器 相比，油囊式浮力調節裝置具有功耗低、成本低、浮力調節精度高等優點。對于降低水下潛 水器能耗、降低系統成本，提高水下潛水器操作性具有重要意義，然而與推進器相比，油囊 式浮力調節裝置具有動態響應慢，在復雜海況下無法實現快速反應的缺點，因而在ROV中無 法完全替代推進器。

發明內容

為克服現有技術的不足，解決現有的ROV水下定深及懸停控制裝置重力及浮力變化適應 性差以及能源消耗量大的問題，本發明旨在提出一種能夠靈活控制ROV浮力以適應其在不同 環境及工作任務下重力和浮力的變化，并且在工作過程中能減小能源消耗的油囊與推進器混 合控制的ROV水下懸停及定深控制裝置。為此，本發明采用的技術方案是，油囊與推進器混 合控制ROV水下懸停及定深控制裝置，由控制箱，臍帶纜，ROV控制系統，ROV密封、耐壓殼 體，左舷垂直推進器，右舷垂直推進器，艏部油囊式浮力調節裝置，艉部油囊式浮力調節裝 置組成；控制箱通過臍帶纜連接ROV控制系統；設于ROV密封、耐壓殼體內的ROV控制系統 由系統控制模塊、深度傳感器、三軸加速度傳感器、三軸陀螺儀和三軸磁力計組成的姿態控 制模塊，推進器驅動模塊，浮力調節裝置驅動模塊組成。

系統控制模塊通過推進器驅動模塊控制左舷垂直推進器和右舷垂直推進器，使ROV在目 標深度處動態懸停；

系統控制模塊利用推進器輸入的PWM脈寬轉速和推力關系，分別推算出左舷垂直推進 器的推力Thrust_L和右舷垂直推進器的推力Thrust_R，將Thrust_L和Thrust_R相加，得到出 ROV的垂向剩余靜載力F_static，然后逐步減小推進器推力兩個推進器的推力直至變為零， 在減小推進器推力的同時，利用浮力調節裝置驅動模塊，控制艏部油囊式浮力調節裝置和艉 部油囊式浮力調節裝置進行抽油或打油，改變其油囊體積，從而對ROV整體所受浮力進行微 調，使其所受浮力＝重力且懸停在目標深度處。