[发明专利]一种带自主旋转滑翔翼的水下机器人双模式运动控制方法

权利要求书

1.一种带自主旋转滑翔翼的水下机器人双模式运动控制方法，其特征在于，包括：水下机器人布放入水后执行使命任务，根据目标区域的海流状况自主切换高机动航行运动模式或低功耗滑翔运动模式，在水下执行观测任务；

所述高机动航行运动模式为，水下机器人收回旋转滑翔翼，改变为零净浮力和零纵倾角，由推进器、水平和垂直舵机提供动力，快速巡航；

所述高机动航行运动模式下，探测控制单元输出命令信号执行如下控制步骤：

A1.控制自主旋转滑翔翼收回至初始位置，使得旋转滑翔翼保持与水下机器人机身本体纵向平行减少前行阻力；

A2.控制推进单元和艏、艉部浮力调节单元均打开开关上电工作；

A3.计算零净浮力和零纵倾角时改变排水体积所需的艏、艉部浮力调节单元提供的力值；包括：

其中，F_d表示艏艉浮力调节需要提供的合力，F_b表示艏浮力调节需要提供的力值，F_s表示艉浮力调节需要提供的力值，L_b表示艏浮力调节中心到水下机器人浮心的距离，L_s表示艉浮力调节中心到水下机器人浮心的距离；

由上述公式，可以分别得出艏、艉部浮力调节单元需要提供的具体力值为：

A4.艏、艉部浮力调节单元接收力值指令信号，调节水下机器人的净浮力和纵倾角均为零；

A5.控制推进器、水平舵和垂直舵提供动力，进行高机动快速巡航运动；

所述低功耗滑翔运动模式为，水下机器人展开旋转滑翔翼，按照目标净浮力和纵倾角，关闭推进器，由艏、艉部浮力调节单元和垂直舵机提供动力，低速滑翔；

所述低功耗滑翔运动模式下，探测控制单元输出命令信号执行如下控制步骤：

B1.控制自主旋转滑翔翼旋转至预设展开角度，使得旋转滑翔翼保持与水下机器人机身本体纵向维持在预设角度，用于提供行进动力；所述旋转滑翔翼旋转至预设展开角度，包括：

1)旋转滑翔翼旋转展开至与水下机器人机身本体纵向垂直方向时提供前向最大动力，用于直线运动；

2)其他展开角度时给水下机器人提供向心力，用于曲线运动；

B2.控制推进单元下电，控制艏、艉部浮力调节单元打开开关上电工作；

B3.计算目标净浮力和目标纵倾角时改变排水体积所需的艏、艉部浮力调节单元提供的力值；改变水下机器人的净浮力和纵倾角；

所述目标净浮力和目标纵倾角时改变排水体积所需的艏、艉部浮力调节单元提供的力值的计算包括：

其中，T_d表示艏艉浮力调节需要提供的合力矩；

由上述公式，可以分别得出艏、艉部浮力调节单元需要提供的具体力值为：

B4.艏、艉部浮力调节单元接收力值指令信号，调节水下机器人的净浮力和纵倾角为目标值；

B5.在旋转滑翔翼展开状态下，通过水平舵和垂直舵提供动力，进行低功耗滑翔运动。

2.根据权利要求1所述的一种带自主旋转滑翔翼的水下机器人双模式运动控制方法，其特征在于，所述目标区域的海流状况是根据水下机器人机身本体上搭载的声学多普勒流速剖面仪实时采集的；所述海流状况根据检测参数和阈值进行等级划分。

3.一种带自主旋转滑翔翼的水下机器人，其特征在于，包括：机器人机身本体、艏部探测控制器、自主旋转滑翔翼、艏部浮力调节单元、艉部浮力调节单元、水平舵和垂直舵、推进器、推进单元、能源单元；所述自主旋转滑翔翼设于机器人机身本体上部；所述艏、艉部浮力调节单元用于调节浮力；所述水平舵和垂直舵用于改变水平或垂直的行进方向；所述推进器用于提供行进动力；所述推进单元包括推进器、水平舵和垂直舵；所述能源单元用于提供电源；所述艏部探测控制器存储有使命任务程序，当加载程序时执行如权利要求1-2任意一项所述的控制方法，实现水下机器人布放入水后，根据目标区域的海流状况自主切换高机动航行运动模式或低功耗滑翔运动模式，在水下执行观测任务。

4.根据权利要求3所述的一种带自主旋转滑翔翼的水下机器人，其特征在于，所述旋转滑翔翼包括直翼和旋转电机，直翼置于水下机器人机身本体上方，旋转电机设于水下机器人机身本体内，电机输出轴连接直翼。