[發明專利]多段組合式及翼展折疊式水下機器人的運動方式

有效

• 申請號: 202110230344.1
• 申請日: 2021-03-02
• 公開（公告）號: CN112977776B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 俞志偉;姬宇;管奕寧;張鎮;郭策
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B63G8/18
• 分類號: B63G8/18;B63G8/16;B63H25/38;B63B3/02
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 韓天宇

本發明涉及一種多段組合式及翼展折疊式水下機器人的運動方式，屬于水下機器人應用技術領域。水下機器人由艏段（A）、左右泵推段（B）、上下泵推段（C）、配重段（2）、翼展段（D）、控制段（E）以及螺旋槳推進段（F）組成，前一段與后一段之間通過橡膠圈（1）進行密封防水；攝像頭（4）安裝于上述艏段（A）中，無線通信模塊（24）、GPS/北斗定位模塊（23）、陀螺儀（25）等模塊安裝于上述控制段（E）中。本發明的水下機器人能自充電，同時適應高速定深航行、上浮下潛航行、垂直上浮下潛、左轉右轉航行、原地左轉右轉、滑翔上浮下潛以及自充電，實現水下機器人多種運動姿態和長期工作。

技術領域

本發明屬于水下機器人應用技術領域，具體涉及一種多段組合式及翼展折疊式水下機器人的運動方式，主要根據應用要求通過分段式結構對機器人靈活組合以及通過翼展段的折疊式翼展結構使機器人在高機動性模式和滑翔模式中自由切換，通過翼展上的壓電材料與洋流作用實現自充電。

背景技術

近年來，隨著各國對海洋資源的重視與利用，水下機器人得到了廣泛的應用，在民用方面，以水下勘測、救援打撈以及數據收集為主；在軍用方面，作為航母艦群和潛艇艦群連接的橋梁以擴大作戰范圍以及跟蹤目標、偵察掃雷等。水下機器人包括水下無人遙控潛水器、水下自主機器人以及水下滑翔機，操作方式又分為有纜和無纜，對于帶機械手的水下無人遙控潛水器大多采用有纜操控以完成定點任務，對于可遠距離長時間高速航行的水下自主機器人大多采用無纜操控。

目前水下水下滑翔機工作時長為半年左右，水下自主機器人單次工作時長僅為幾十小時，且每次投放和回收都需要專門裝置，不利于水下機器人執行長期任務且容易暴露目標。若將水下滑翔機的優點引入到水下自主機器人上，使其依靠翼展上浮下潛而不消耗自身攜帶能量，若機器人能夠通過翼展上的壓電材料在洋流作用下自發電為其上浮下潛供能，將能實現長期在水下工作。

天津大學的研究者設計了一種具備浮力驅動和螺旋槳驅動系統的混合驅動水下滑翔器海燕（PETREL），其結合了水下滑翔機（Autonomous Underwater Glider,AUG）和水下自主機器人（Autonomous Underwater Vehicle,AUV）的優點，但是該翼展為不可折疊的固定式翼展，對其機動性能和靈活性有影響，依靠浮力和重心調節改變機身姿態速度太慢且抗干擾性能力低，且不利于高速航行，且一體式結構不利于自由組合（武建國.混合驅動水下滑翔器系統設計與性能分析[D].天津大學，2010.）。三亞學院的研究者對新型水下機器人結構進行了相關設計研究，其通過凈浮力調節裝置實現上浮下潛以及懸停，機身兩側增加固定式機翼，通過重心調節裝置改變俯仰角，固定式翼展雖然在低速航行時可以增加平穩性，但對機動性能有很大影響，依靠浮力和重心調節改變機身姿態速度太慢且抗干擾性能力低（辛光紅，周密，楊波，等.新型復合式水下機器人設計研究[J].現代電子技術，2020，43（17）：180-186）。加拿大The Memorial University of Newfoundland (MUN) 、NationalResearch Council Canada和美國TWR的研究人員在美國Webb Research公司生產的Slocum水下滑翔機尾部加裝可折疊螺旋槳推進器,以增強在淺海運行的機動能力并拓展應用范圍和海域,但不可折疊式翼展降低機動性和靈活性，且一體式結構不利于自由組合（Claus B,Bachmayer R,Cooney L.Analysis and development of a buoyancy-pitch based depthcontrol algorithm for a hybrid underwater glider[C].Autonomous UnderwaterVehivles(AUV),2012 IEEE/OES.IEEE,2012:1-6.）。天津大學的研究者對可變翼混合驅動水下滑翔機變體機翼系統展開了研究，其通過連桿機構實現機翼的展開和收縮，但是該變形翼每側需用兩個電機驅動且為轉動和直線運動混合的展開，結構復雜，且不能改變機翼俯仰角，機翼向位置收縮后仍占據很大空間，而本發明中的機翼只需一個電機和一個舵機即可繞定點展開收縮和改變俯仰角，收縮后的機翼向機身后部靠攏且剛度較大（張明明.可變翼混合驅動水下滑翔機變體機翼系統研究[D].天津大學，2015.）。