[发明专利]一种双体探测水下机器人装置及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双体探测水下机器人装置及控制方法，属于探测水下机器人技术领域。

背景技术

由于河流海洋资源开发的需求以及对水文环境监测的迫切需要，世界上很多国家正不断发展更新水文监测系统，越来越多高效经济的监测方法和装置逐渐被采用，水下机器人作为海洋环境探测和资源调查监测的重要手段之一越来越受各国的重视。水下机器人是一种便携且自身能作为水下测量传感器的搭载平台。使用水下机器人进行监测相对于其他传统平台优势明显。水下机器人具有全天候、便携、可在复杂水域中执行任务的特点。正是这些特点决定了水下机器人是水文环境监测的良好平台之一。作为良好的水下测量传感器的搭载平台，需要水下机器人在复杂环境中，兼顾灵活性和稳定性，以保证探测任务数据的真实性。

采用舵桨联合操控的机器人在速度较高的情况下，能较迅速调整潜深，并且由于非螺旋桨调整潜深，相对采用垂向推进器控制姿态的机器人效率更高、能耗更少，在高速时能保证姿态稳定；采用多桨操控的机器人，在速度较低时，能够迅速有效地调整姿态，并且能够实现悬停、定速巡航等功能。相关实际经验表明，单独采用这两种布置方式的机器人在应用中有着明显的不足：采用舵桨联合操控的水下机器人在低速时很难实现姿态精确控制，实现机动响应时间较长，对于探测数据的影响很大；采用多桨操控的水下机器人，在机器人相对水流速度逐渐增大时，垂向推进器的效率迅速降低，对于姿态控制作用微小，在流速较大的情况下很难迅速的实现机动和保持深度航行，甚至不能完成下潜上浮等动作。现有的机器人舱内空间有限，搭载的设备和电池数量受限，难以满足不同的任务需要，同时续航力也因电池数量少不能得到提升。

结合现有方案的优点并针对上述现有技术的不足，本发明提出一种双体探测水下机器人，能够在水下复杂环境下，保持姿态和机动灵活性的能力，具备搭载不同探测设备的能力，同时满足长距离，长时间的探测任务。

发明内容

本发明的目的是为了河流勘察，监测提供一个便携、可靠、智能、模块化的平台而提供一种双体探测水下机器人装置及控制方法。

本发明的目的是这样实现的：一种双体探测水下机器人装置，机器人主体是由中间翼形体和对称设置在中间翼形体两侧的两个流线型艇体组成双体结构，在中间翼形体的尾端设置有升降舵，中间翼形体内设置有核心控制舱和前后布置的两个垂向推进器舱，每个垂向推进器舱内设置有垂向推进器，每个流线型艇体尾部的侧面设置有稳定翼，每个流线型艇体尾部上均设置有翼型垂直翼，每个流线型艇体的尾端设置有主推推进器，两个流线型艇体内还设置有电池舱和探测设备舱，核心控制舱内设置有控制计算机、任务规划计算机、姿态传感器、应急抛载控制板，所述机器人主体上还设置有壁碰声呐。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.翼型垂直翼中设置有将无线电、GPS/北斗、WiFi集成一起的保形天线。

2.一种双体探测水下机器人装置的控制方法，包括上述装置，

(1)在定速定深航行时，若当前速度小于临界速度，两个垂向推进器工作进行深度和姿态调整；若当前速度大于临界速度，改变升降舵的角度进行深度调整；

(2)在巡航时，采用升降舵控制姿态和潜深；

(3)在悬停监测时，两个主推控制机器人在纵向方向的位置和首向角，两个垂推控制机器人在深度方向的位置和纵倾；

(4)在机动动作时，使两个主推推进器具有不同的转速产生差速实现机动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明由于艇体采用双主推双垂推加升降舵设计，推进控制方式灵活，具有自出决策采取不同推进控制方式的能力，适应性强，与桨舵控制的机器人相比，具有能够迅速调整姿态，具有快速上浮下潜的能力。通过四个推进器的正反转，能在复杂水流下保持姿态稳定，实现定速续航，姿态保持，悬停监测等功能，保证了整个机器人使用的稳定性和灵活性。整个机器人模块化设计，设备搭载舱预留统一接口，可根据任务不同的需求搭载不同的设备，例如ADCP，多波束声呐等，同时也便于更换和维修设备，具有扩展性高，性能可靠，维修改装成本小的特点。本发明由于采用双体设计，拥有宽大的艇身和充裕的内部空间，相比同长度的水下机器人，可以搭载更多的设备和电池，具有较好的扩展性和持久的续航性。两组推进器横向距离得到提升，推进器以差速运转时，能够产生更大的转艏力矩。机动性更强，宽大的艇身能保持在水中的稳定性，给搭载的探测设备提供一个稳定的平台。

附图说明

图1是本发明的具体结构示意图；

图2是本发明的整体结构示意图；

图3是本发明的俯视图；