[发明专利]一种多航态复合驱动水下机器人控制系统及其控制方法

权利要求书

1.一种多航态复合驱动水下机器人控制系统的控制方法，其特征在于，控制系统包括上位机监控模块、机载通信模块、下位机主控模块、水下传感器信息获取模块、导航模块和执行模块；

所述下位机主控模块，用于接收机载通信模块和水下传感器信息获取模块的数据，并下发到执行模块；

上位机监控模块，用于监控水下机器人的运动状态画面，并通过机载通信模块下发运动指令至下位机主控模块；

导航模块，用于在水底进行平整度的检测以及在机器人出水面后通过机载通信模块进行自身的定位；

水下传感器信息获取模块，用于采集水下机器人运动状态画面信息、深度信息、速度信息、氮气气体信息、气体流量信息、漏水检测信息和测距信息；

机载通信模块，用于下位机主控模块与上位机监控模块进行通信；

执行模块，用于执行下位机主控模块的运动指令，通过控制推进器、电磁阀、无杆气缸以及机翼气缸来控制水下机器人的运动；

所述水下传感器信息获取模块包括摄像头、深度传感器、陀螺仪、氮气气体传感器、气体流量传感器、漏水检测传感器、超声波测距传感器；所述气体流量传感器和集中供气电磁阀安装于储气罐通气孔所接的气体管路中；

水下机器人的主机身组件上的集中通气孔接口接集中通气孔电磁阀，并在其管路上安装集中通气孔氮气传感器；所述主机身组件上的集中通水孔接口接集中通水孔电磁阀，并在其管路上安装集中通水孔氮气传感器；

水下机器人内设有气筒，气筒被分为三个舱室，每个舱室设置两个电磁阀；包括前端左侧气筒前舱室通气电磁阀、前端左侧气筒前舱室通水电磁阀、前端左侧气筒中舱室通气电磁阀，前端左侧气筒中舱室通水电磁阀、前端左侧气筒后舱室通气电磁阀、前端左侧气筒后舱室通水电磁阀、前端右侧气筒前舱室通气电磁阀、前端右侧气筒前舱室通水电磁阀、前端右侧气筒中舱室通气电磁阀、前端右侧气筒中舱室通水电磁阀、前端右侧气筒后舱室通气电磁阀、右侧气筒后舱室通水电磁阀；

后端左侧气筒前舱室通气电磁阀，后端左侧气筒前舱室通水电磁阀、后端左侧气筒中舱室通气电磁阀、后端左侧气筒中舱室通水电磁阀、后端右侧气筒后舱室通气电磁阀、后端左侧气筒后舱室通水电磁阀、后端右侧气筒前舱室通气电磁阀、后端右侧气筒前舱室通水电磁阀、后端右侧气筒中舱室通气电磁阀、后端右侧气筒中舱室通水电磁阀、后端右侧气筒后舱室通气电磁阀以及后端右侧气筒后舱室通水电磁阀；

水下机器人内设有四个无杆气缸，每个无杆气缸配置一个电磁阀，包括前端左侧无杆气缸通气控制电磁阀、前端右侧无杆气缸通气控制电磁阀、后端左侧无杆气缸通气控制电磁阀以及后端右侧无杆气缸通气控制电磁阀；

水下机器人上设有旋转机翼，每个旋转机翼包含旋转结构组件、导流板组件、气缸组件和太阳能板，其中气缸组件中设置有机翼气缸，由机翼气缸电磁阀对其进行控制；

水下机器人上还设有储罐舱组件；储罐舱组件的前段储罐舱，在其两侧设置有两个安全气囊安装槽，安全气囊安装槽中放置可折叠的安全气囊，两个安全气囊通过安全气囊通气电磁阀同步控制；

控制方法包括水下机器人的水下滑翔机运动模式、水面运动模式、水底潜伏模式；

其中，水下机器人的水下滑翔机运动模式，包括以下步骤：

S1、打开机翼气缸电磁阀，旋转机翼打开，控制两机翼上的四个导流板舵机同时动作，带动两侧导流板向下翘；

S2、打开集中通水孔电磁阀、前端左侧气筒后舱室通水电磁阀、前端右侧气筒后舱室通水电磁阀、后端左侧气筒后舱室通水电磁阀、后端右侧气筒后舱室通水电磁阀；

延时打开前端左侧气筒后舱室通气电磁阀，前端右侧气筒后舱室通气电磁阀，后端左侧气筒后舱室通气电磁阀，后端右侧气筒后舱室通气电磁阀；再打开集中通气孔电磁阀，即打开前后端各气筒对应的后舱室进行排气装水，使其浮力逐渐减小，整机开始下沉；

根据深度传感器的数据判断是否显示开始下沉，当有明显下沉时开始关闭所有通气电磁阀，再关闭集中通水孔电磁阀，此后同时关闭所有通水阀门；

S3、打开前端左侧无杆气缸通气控制电磁阀以及前端右侧无杆气缸通气控制电磁阀，前端两气筒内的无杆气缸滑块向前滑动，整个机身重心朝前；

S4、控制两机翼上的四个导流板舵机同时动作，带动两侧导流板向上翘，水下机器人做无动力向下滑翔运动；

S5、打开尾部推进器，关闭前端左侧无杆气缸通气控制电磁阀和前端右侧无杆气缸通气控制电磁阀，无杆气缸回到原初始位置，水下机器人重心回到靠近几何中心位置，水下机器人进行快速的水中滑翔运动；

S6、间隔一段时间，关闭推进器，打开前端左侧无杆气缸通气控制电磁阀以及前端右侧无杆气缸通气控制电磁阀，再次将整机重心向前调整；

S7、判断深度传感器的深度数据是否达到水下机器人的最大下沉深度，若未达到，则执行步骤S4，若已达到最大下沉深度时，水下机器人开始执行上浮运动；

S8、关闭前端左侧无杆气缸通气控制电磁阀以及前端右侧无杆气缸通气控制电磁阀，打开后端左侧无杆气缸通气控制电磁阀以及后端右侧无杆气缸通气控制电磁阀，后端两气筒内的无杆气缸滑块向前滑动，水下机器人机身重心朝后；

S9、打开集中供气电磁阀、前端左侧气筒通气电磁阀、前端右侧气筒通气电磁阀、后端左侧气筒通气电磁阀以及后端右侧气筒通气电磁阀开始向各舱室中进行充气；

延时打开前端左侧气筒后舱室通水电磁阀、前端右侧气筒后舱室通水电磁阀、后端左侧气筒后舱室通水电磁阀、后端右侧气筒后舱室通水电磁阀，然后延时打开集中通水孔电磁阀；开始进行各后舱室的排水工作，即打开前后端各气筒对应的后舱室进行排水装气，浮力逐渐增大，水下机器人开始上浮；

S10、判断深度传感器的深度数据是否开始减小，若未开始减小，则继续执行步骤S9；若开始减小，执行步骤S11；

S11、关闭前端左侧气筒后舱室通水电磁阀、前端右侧气筒后舱室通水电磁阀、后端左侧气筒后舱室通水电磁阀、后端右侧气筒后舱室通水电磁阀，延时关闭集中通水孔电磁阀，关闭集中供气电磁阀、前端左侧气筒通气电磁阀、前端右侧气筒通气电磁阀、后端左侧气筒通气电磁阀以及后端右侧气筒通气电磁阀，即关闭排水，水下机器人整机开始进行上浮；

S12、控制两机翼上的四个导流板舵机同时动作，带动两侧导流板向下倾斜，水下机器人做无动力向上滑翔运动；

S13、打开尾部推进器，关闭后端左侧无杆气缸通气控制电磁阀以及后端右侧无杆气缸通气控制电磁阀，水下机器人整机的重心将回到靠近几何中心位置，水下机器人整机将进行快速的水中滑翔运动；

S14、间隔一段时间，关闭推进器，打开后端左侧无杆气缸通气控制电磁阀以及后端右侧无杆气缸通气控制电磁阀；

S15、判断深度传感器的深度数据是否达到该水下机器人能够达到的最小下沉深度，若未达到则开始从S12开始循环执行，若已达到最小下沉深度，则表示已抵达水面，执行步骤S16；

S16、关闭后端左侧无杆气缸通气控制电磁阀以及后端右侧无杆气缸通气控制电磁阀；

S17、判断整机电力储备是否大于阈值，若大于等于该阈值，则执行步骤S18；若小于阈值，则水下机器人整机浮出水面，利用太阳能板充电，打开尾部舵机带动尾部摆动，带动水下机器人整机在水面向前蠕动，直至电池电压充满后，执行步骤S18；

S18、判断储气罐压力，若压力值大于阈值，则循环执行步骤S2～S17，若压力达到下限值，则执行步骤S19；

S19、水下机器人在水面漂浮，利用太阳能板以及电池提供的电力开启推进器，利用机载通信模块与上位机进行通信，寻找补给站，进行补气。