[发明专利]一种多足机器人水下飞行方法

摘要

本发明涉及一种多足机器人水下飞行方法，其中多足机器人包括主体结构、左侧第一至第三机械足、右侧第一至第三机械足、控制系统、电池组、螺旋桨推进器和滑行板；该多足机器人通过机械足驱动电机旋转使机械足合并组成完整的滑翔翼，在螺旋桨推动器和滑行板的作用下实现行走和水下飞行两种模式的自如切换，并且具有自适应能力，能够自主控制在最优节电模式下工作；该方法具备作业范围广，环境适应能力强，运动模式多样的优点，在近海平台基座巡检的过程中既可以通过爬行近距离多方位观测，又可以通过水下飞行模式方便的切换作业地点，因此该项目的探索研究对于近海平台巡检具有重要意义。

主权项

1.一种多足机器人水下飞行方法，其特征在于：所述方法分为三个步骤，分别为多足机器人结构设定、多足机器人外形变换和多足机器人水下飞行；/n所述多足机器人水下飞行方法的具体步骤如下：/n一、多足机器人结构设定：/n所述多足机器人包括主体结构、左侧第一至第三机械足、右侧第一至第三机械足、控制系统、电池组、螺旋桨推进器和滑行板；/n所述主体结构是由高强度轻质材料构成的八边形立方体，为所述多足机器人的主体支撑与连接结构；/n所述多足机器人左右两侧对应的所述机械足具有相同的基本结构，即每个所述机械足由内向外依次包括第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱动电机和与所述驱动电机对应的第一足节、第二足节、第三足节，所有所述第三足节上都安装有传感器，所述驱动电机皆为蜗轮蜗杆电机，所述足节皆由所述高强度轻质材料构成，所述第一足节上皆有两个相互垂直的轴孔，分别为水平方向轴孔和竖直方向轴孔，所述第二足节上皆有一个轴孔；所述第三足节在每个所述机械足最外侧，与所述第三驱动电机固定，所述第三驱动电机的输出轴在水平方向上与所述第二足节的所述轴孔串联，所述第二足节与所述第二驱动电机固定，所述第二驱动电机的输出轴在水平方向上与所述第一足节的所述水平方向轴孔串联，所述第一足节的所述竖直方向轴孔与所述第一驱动电机串联，所述第一驱动电机固定在所述主体结构上；/n所述控制系统安装在所述主体结构的内部，包括中央处理器、信号接收器和作动器，所述中央处理器与所述信号接收器通过无线通讯相连，所述信号接收器内嵌在所述作动器上，所述作动器分别与所述螺旋桨推进器和所述滑行板相连；/n所述电池组安装在所述主体结构的内部，作为电源给所述多足机器人中的所有所述驱动电机供电；/n所述螺旋桨推进器，分别安装在所述多足机器人每一侧的所述第三机械足的所述第二足节上；/n所述滑行板包括翼面和四个连杆，安装在所述多足机器人的所述主体结构下方，所述四个连杆分别为两个前推杆和两个后推杆，所述前推杆安装在所述翼面前端两侧，所述后推杆安装在所述翼面后端两侧；/n所述多足机器人通过所述主体结构、所述左侧第一至第三机械足、所述右侧第一至第三机械足、所述螺旋桨推进器和所述滑行板之间的硬件配合与所述控制系统的软件配合，机电一体化，为下述所述多足机器人的外形变换和水下飞行提供基础；/n二、多足机器人外形变换：/n所述多足机器人有两个运动模式，分别为：行走模式和水下飞行模式；/n所述多足机器人初始外形设定为所述左侧和右侧第一至第三机械足各自处于展开状态，用于所述行走模式；当切换成所述水下飞行模式时，所述第三驱动电机和所述第二驱动电机带动对应的所述输出轴在水平方向上旋转，使得处于所述行走模式的所述多足机器人每一侧的所述第一至第三机械足伸展到水平位置，所述第一驱动电机带动对应的所述输出轴在竖直方向上旋转，使前三个所述机械足并拢到一起形成一个板状结构，所述板状结构的横截面为对称翼形结构，即前三个所述机械足上的每一个所述足节都是所述对称翼形结构的一部分，所述对称翼形结构可以减小所述多足机器人处于所述水下飞行模式时的阻力；/n三、多足机器人水下飞行：/n当所述控制系统的所述中央处理器发出指令让所述多足机器人从所述行走模式切换到所述水下飞行模式时，所述控制系统的所述信号接收器接收到所述指令并触发所述作动器，所述作动器开始动作使得所述主体结构上的所述滑行板伸展到最大位置与海底接触，然后所述螺旋桨推进器开始工作推动所述多足机器人向前加速滑行，直至所述多足机器人离开海底开始上升；在向上航行过程中，所述滑行板的所述前推杆收缩和所述后推杆伸展使所述滑行板产生向上的升力，所述多足机器人向上爬升，在向下航行过程中，所述滑行板的所述前推杆伸展和所述后推杆收缩使所述滑行板产生向下的升力，所述多足机器人向下俯冲；/n同时，所述传感器、所述控制系统、所述滑行板和所述螺旋桨推进器相互协作，根据水下压强与阻力的变化，对处于所述水下飞行模式中的所述多足机器人进行自适应控制，使得所述多足机器人在最佳节电模式下进行工作，达到节能环保的目的，具体实施方法如下：/n(1)所述第三足节上的所有六个所述传感器感知水下压强与阻力，并将所述压强与阻力数据通过所述信号接收器传递给所述控制系统的所述中央处理器；/n(2)所述中央处理器对接收到的所述压强与阻力数据进行加权回归分析；首先所述中央处理器计算所述压强与所述阻力之间的高斯核函数，得出所述压强与所述阻力的权重关系，所述高斯核函数的计算公式如下：/n