[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

说明书

本发明公开了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，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，由浮力调节单元和垂直舵机提供动力，低速滑翔。本发明通过改变水下机器人自主旋转滑翔翼的方法，使原只能高机动航行运动的自主水下机器人增加了低功耗滑翔运动模式，能够节省其运动能耗和增大续航力。

技术领域

本发明属于水下机器人技术领域，具体地说是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，兼有低功耗长航时和长航程的滑翔运动模式和快速强机动的航行运动模式。

背景技术

水下机器人是人类对海洋环境进行观测的重要手段。随着海洋观测装备在能源、推进、控制等方面发展迅速，人们对海洋装备的长航时、长航程、抗海流等性能同时提出了强烈需求。

目前，大范围海洋环境观测装备主要有水下滑翔机(Autonomous UnderwaterGlider，简称AUG)和自主水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle，简称AUV)。AUG通过浮力调节装置和可移动滑块实现升沉和纵倾角控制并借助固定翼实现长距离水下滑翔运动，可实现长航时和长航程的海洋观测，但由于其缺少推进器、水平舵和垂直舵，难以实现强流区的抗海流稳定航行，机动性受到较大局限性；AUV通过推进器、水平舵和垂直舵，可实现定深/定高、定速和定向航行，具有较强的机动性且能抗击一定强度的海流扰动，但由于其所载能源有限，难以长航时和长航程进行海洋观测。

为了实现兼具长期大范围海洋观测且能抗海流和高精度轨迹跟踪能力，需要设计一种长续航、长航程、机动性强、自主升沉并能自主执行使命任务的海洋观测装备。

发明内容

基于上述现有技术的缺陷和不足，本发明针对现有水下机器人难以兼具低功耗滑翔运动和高机动航行运动的不足，提出了一种带自主旋转滑翔翼的双运动模式水下机器人，能够根据使命任务要求在线自主切换低功耗滑翔运动模式和高机动运动模式，节省能耗增加海洋观测作业时间和续航力，完成水下机器人在海底的探测任务。

本发明解决其问题所采用的技术方案如下：

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，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。

所述目标区域的海流状况是根据水下机器人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。

所述高机动航行模式下，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；

A4.艏、艉部浮力调节单元接收力值指令信号，调节水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。