[發(fā)明專利]一種升阻聯(lián)用模式的水面機(jī)器人全航速減搖增穩(wěn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010211565.X
• 申請(qǐng)日: 2020-03-24
• 公開（公告）號(hào): CN111332424B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張丹;周熙;楊毅;李孝偉;王曰英;彭艷;蒲華燕;羅均
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): B63B39/06
• 分類號(hào): B63B39/06
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 張德才

本發(fā)明公開一種升阻聯(lián)用模式的水面機(jī)器人全航速減搖增穩(wěn)方法，涉及船類配件領(lǐng)域，包括如下步驟：步驟一；控制器接受傳感器信號(hào)，進(jìn)行模式匹配；步驟二；根據(jù)匹配到的模式進(jìn)行模式運(yùn)作；初始狀態(tài)下，艉翼收回到艇體艉部自由表面；在零航速或低航速下，采取拍動(dòng)艉翼的阻尼增穩(wěn)模式，復(fù)合艉翼通過繞垂直翼軸轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)翼面，使其以大攻角拍動(dòng)水流；在中航速狀態(tài)下，復(fù)合艉翼執(zhí)行升力增穩(wěn)方式，兩個(gè)艉翼繞水平翼軸展開至艇體兩側(cè)水下，與來流形成攻角，在水面下繞垂直翼軸進(jìn)行攻角往復(fù)調(diào)節(jié)的運(yùn)動(dòng)；在高航速狀態(tài)下，復(fù)合艉翼采取升力減阻增穩(wěn)模式，兩個(gè)艉翼繞水平翼軸收攏至艇體尾部，同時(shí)在自由面繞垂直翼軸進(jìn)行調(diào)節(jié)攻角運(yùn)動(dòng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及船類配件領(lǐng)域，特別是涉及一種升阻聯(lián)用模式的水面機(jī)器人全航速減搖增穩(wěn)方法。

背景技術(shù)

水面移動(dòng)機(jī)器人即水面無人艇(Unmanned Surface Vehicle,USV)，具有自主導(dǎo)航和自主避障的能力，同時(shí)它也是一個(gè)可在復(fù)雜海洋環(huán)境中執(zhí)行各種軍用和民用任務(wù)的智能化平臺(tái)。水面無人艇在很大程度上擺脫了需要人在極端環(huán)境條件下進(jìn)行工作的限制。多年的經(jīng)驗(yàn)告訴我們：伴隨海洋開發(fā)和各種工作使命的日益增加，未來無人艇需要在更多海況下完成日趨復(fù)雜的各項(xiàng)任務(wù)。保持無人艇在海上的穩(wěn)定尤其重要，主要是減少橫搖。現(xiàn)在最有效的方式就是減搖艉翼，目前船舶采取的減搖艉翼減搖增穩(wěn)方式分為兩類：升力增穩(wěn)方式和阻尼增穩(wěn)方式。常規(guī)減搖艉翼采用的是一種升力減搖方式。因?yàn)樯Φ拇笮∪Q于來流的速度，所以在中高航速情況下，常規(guī)減搖艉翼能表現(xiàn)出優(yōu)秀的減搖能力；但在系泊或低航速狀態(tài)下，卻幾乎不能夠提供穩(wěn)定力矩，而導(dǎo)致失去減搖效果。新型低/零航速減搖艉翼技術(shù)則采用阻尼減搖增穩(wěn)方式，通過轉(zhuǎn)軸快速驅(qū)動(dòng)艉翼面，使其以大攻角快速拍動(dòng)水流，從而在艉翼面上產(chǎn)生反作用力，獲得抗橫搖力矩。但是局限性在于它只能在低速和系泊狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)減搖增穩(wěn)作用，在中高速狀態(tài)下不能提供有效的減搖增穩(wěn)效果。將已有的減搖艉翼裝置應(yīng)用于無人艇上存在以下亟待解決的問題:功能單一化導(dǎo)致減搖艉翼在大范圍航速應(yīng)用下的局限性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種升阻聯(lián)用模式的水面機(jī)器人全航速減搖增穩(wěn)方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，使減搖艉翼可以適應(yīng)大范圍航速應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

本發(fā)明提供一種升阻聯(lián)用模式的水面機(jī)器人全航速減搖增穩(wěn)方法，該方法所采用系統(tǒng)包括控制單元、動(dòng)力傳動(dòng)部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和測(cè)試傳感器部分；控制單元包括控制器，動(dòng)力傳動(dòng)部分包括電機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括減搖增穩(wěn)用的一對(duì)艉翼，測(cè)試傳感器部分包括裝在艉翼上的位置傳感器和裝在無人艇上的速度傳感器；該方法包括如下步驟：

步驟一；控制器接受傳感器測(cè)得的速度和艉翼的角度信息，進(jìn)行模式匹配：阻尼增穩(wěn)模式、升力增穩(wěn)模式或升力減阻增穩(wěn)模式；

步驟二；根據(jù)匹配到的模式通過驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的模式運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)無人艇的減搖增穩(wěn)；在初始狀態(tài)下，艉翼收回到艇體艉部自由表面；在零航速或低航速下，采取拍動(dòng)艉翼的阻尼增穩(wěn)模式，復(fù)合艉翼通過繞垂直翼軸轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)翼面，使其以大攻角拍動(dòng)水流，從而在艉翼面上產(chǎn)生反作用力，獲得抗橫搖力矩；

在中航速狀態(tài)下，復(fù)合艉翼執(zhí)行升力增穩(wěn)方式，兩個(gè)艉翼繞水平翼軸展開至艇體兩側(cè)水下，與來流形成攻角，在水面下繞垂直翼軸進(jìn)行攻角往復(fù)調(diào)節(jié)的運(yùn)動(dòng)；

在高航速狀態(tài)下，復(fù)合艉翼采取升力減阻增穩(wěn)模式，左右兩個(gè)艉翼繞水平翼軸收攏至艇體尾部，同時(shí)在自由面繞垂直翼軸進(jìn)行調(diào)節(jié)攻角運(yùn)動(dòng)。

可選的，兩個(gè)艉翼為對(duì)稱翼型的復(fù)合艉翼；兩個(gè)艉翼均能夠分別實(shí)現(xiàn)繞水平翼軸和繞垂直翼軸運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)取得了以下技術(shù)效果：