[发明专利]可变形太阳能水下机器人及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水下机器人，特别是一种可展开成扁平状、收纳成鱼雷型并能用太阳能电池板充电的可变形的太阳能水下机器人，属于海洋工程技术领域。

背景技术

随着经济的发展，人们对江河湖海水资源的开发和利用增多，水下作业也不断增加。相比于传统的潜水员作业，无人水下机器人下潜深度大、成本低、可靠性高、且可在危险环境下作业，逐渐成为各国开发水下资源的重要装备。自治无人水下机器人（Autonomous Underwater Vehicle，以下简称AUV）是一种自身携带能源的无人无缆水下机器人，可以通过人工操控或预编程操控其水下作业，在海洋环境调查、海洋资源勘探、水下结构物监测等领域应用广泛。相比于带缆遥控水下机器人(Remotely Operated Vehicle，以下简称ROV），AUV无脐带缆纠缠、可进入复杂结构、水面操控系统简单、运行和维护费用较低。AUV代表了未来水下机器人的发展方向，随着科技的发展及关键技术的进一步成熟，AUV的应用前景将会更加广阔。

AUV本体结构常采用的鱼雷型是由流线型改造而成。其前段为一鼻型帽，中段是直筒型壳体，后段类似鱼雷尾翼，它的航行阻力较小，易于加工制造、发射和回收。但常规的AUV因其携带能源有限而无法支持长时间大范围的航行。为了解决这方面的问题，现已开发出两种特殊的AUV：太阳能水下机器人和水下滑翔机器人。前者采用“开源”的方式，后者采用“节流”的方式，均提高了机器人的续航力。美国开发的太阳能自治无人水下机器人(solar-powered autonomous underwater vehicles以下简称SAUV）是一种能下潜到500米的太阳能AUV，自身携带太阳能电池板和锂离子电池，可定期浮出水面补充电力，同时进行GPS位置矫正和远程信息交换。但是为了安装太阳能电池板，SAUV被设计成扁平状，重达370磅，航行阻力大，行进缓慢，仅为每小时2英里。常规的AUV一般采用螺旋桨和舵翼配合的驱动方式，或者采用无舵翼的多个推进器驱动方式，水下滑翔机器人则采用浮力驱动方式：通过调节本体的重心来改变姿态，配合浮力调节产生运动的推进力。这种驱动方式可以保证高的推进效率和低的航行速度，因此获得高的续航时间和航程。例如中国发明专利CN101070092A公开了一种“混合驱动水下航行器”，其驱动系统在水平舵翼、垂直舵翼、导管螺旋桨推进器的基础上增加了浮力调节系统和俯仰调节系统。实现了螺旋桨舵翼模式和滑翔模式下的运动控制，能够大范围长时间作业。中国发明专利CN101070091A公开了一种“深海太阳能潜水器“，既可以使用太阳能电池板获取电能，又能以浮力驱动的大角度滑翔运动方式来提高续航力，还能通过推进器驱动实现高的机动性。但上述两种机器人在鱼雷型本体上安装固定翼后体型变宽，航行阻力变大，作业范围有限，不易进入狭小空间作业；滑翔模式时机器人航速低、机动能力差、运动轨迹单一（锯齿型）；控制对象多，控制系统复杂，但其功能并没有拓展，仅可以进行不同方式的浮游，不具备爬壁能力。

综上所述，高续航力的AUV尚存在以下缺点：1、改变了低阻力鱼雷型外壳，航行速度低，机动能力差，作业范围有限；2、驱动控制对象多，控制系统复杂；3、功能单一，仅可以浮游作业，不可进行其他模态的运动。

发明内容

本发明的目的是提供一种机动性高、续航力强、航速阻力小、控制简单、并且可以吸附壁面爬行的变形水下机器人及运行方法。这种机器人实用性强，适用范围广，可以根据不同的任务需要伸展成扁平状或收纳成鱼雷型。

    本发明通过以下技术方案予以实现：