可变形太阳能水下机器人及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种可变形太阳能水下机器人，包括主体、浮力调节装置以及左右对称安装于主舱体两侧的一对伸缩驱动装置、一对上伸缩套筒、一对下伸缩套筒和主体两侧的一对侧舱体，主体包括导流罩、主舱体、固定尾翼、纵向推进器、垂向推进器、横向推进器、水下摄像机、主电子舱、电池舱、副电子舱、水声通讯装置和GPS与无线通讯装置。运行方法包括以下步骤：1）下沉，2）进行浮游作业并爬壁，3）爬壁结束后关闭各推进器，主舱体与侧舱体收纳成鱼雷型，4）上浮至水面，太阳能电池板展开后充电。本发明专利技术便于安装、拆卸和维修，结构紧凑、加工方便；具备浮游、吸附、爬行、水下监察、水面太阳能充电多种功能，实用性强，适用范围广。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种可变形太阳能水下机器人，包括主体、浮力调节装置以及左右对称安装于主舱体两侧的一对伸缩驱动装置、一对上伸缩套筒、一对下伸缩套筒和主体两侧的一对侧舱体，主体包括导流罩、主舱体、固定尾翼、纵向推进器、垂向推进器、横向推进器、水下摄像机、主电子舱、电池舱、副电子舱、水声通讯装置和GPS与无线通讯装置。运行方法包括以下步骤：1）下沉，2）进行浮游作业并爬壁，3）爬壁结束后关闭各推进器，主舱体与侧舱体收纳成鱼雷型，4）上浮至水面，太阳能电池板展开后充电。本专利技术便于安装、拆卸和维修，结构紧凑、加工方便；具备浮游、吸附、爬行、水下监察、水面太阳能充电多种功能，实用性强，适用范围广。【专利说明】
本专利技术涉及一种水下机器人，特别是一种可展开成扁平状、收纳成鱼雷型并能用太阳能电池板充电的可变形的太阳能水下机器人，属于海洋工程
。
技术介绍
随着经济的发展，人们对江河湖海水资源的开发和利用增多，水下作业也不断增力口。相比于传统的潜水员作业，无人水下机器人下潜深度大、成本低、可靠性高、且可在危险环境下作业，逐渐成为各国开发水下资源的重要装备。自治无人水下机器人(AutonomousUnderwater Vehicle,以下简称AUV)是一种自身携带能源的无人无缆水下机器人,可以通过人工操控或预编程操控其水下作业，在海洋环境调查、海洋资源勘探、水下结构物监测等领域应用广泛。相比于带缆遥控水下机器人(Remotely Operated Vehicle,以下简称R0V),AUV无脐带缆纠缠、可进入复杂结构、水面操控系统简单、运行和维护费用较低。AUV代表了未来水下机器人的发展方向，随着科技的发展及关键技术的进一步成熟，AUV的应用前景将会更加广阔。AUV本体结构常采用的鱼雷型是由流线型改造而成。其前段为一鼻型帽，中段是直筒型壳体，后段类似鱼雷尾翼，它的航行阻力较小，易于加工制造、发射和回收。但常规的AUV因其携带能源有限而无法支持长时间大范围的航行。为了解决这方面的问题，现已开发出两种特殊的AUV:太阳能水下机器人和水下滑翔机器人。前者采用“开源”的方式，后者采用“节流”的方式，均提高了机器人的续航力。美国开发的太阳能自治无人水下机器人(solar-powered autonomous underwater vehicles 以下简称 SAUV)是一种能下潜到 500米的太阳能AUV，自身携带太阳能电池板和锂离子电池，可定期浮出水面补充电力，同时进行GPS位置矫正和远程信息交换。但是为了安装太阳能电池板，SAUV被设计成扁平状，重达370磅，航行阻力大，行进缓慢，仅为每小时2英里。常规的AUV —般采用螺旋桨和舵翼配合的驱动方式，或者采用无舵翼的多个推进器驱动方式，水下滑翔机器人则采用浮力驱动方式:通过调节本体的重心来改变姿态，配合浮力调节产生运动的推进力。这种驱动方式可以保证高的推进效率和低的航行速度，因此获得高的续航时间和航程。例如中国专利技术专利CN101070092A公开了一种“混合驱动水下航行器”，其驱动系统在水平舵翼、垂直舵翼、导管螺旋桨推进器的基础上增加了浮力调节系统和俯仰调节系统。实现了螺旋桨舵翼模式和滑翔模式下的运动控制，能够大范围长时间作业。中国专利技术专利CN101070091A公开了一种“深海太阳能潜水器“，既可以使用太阳能电池板获取电能，又能以浮力驱动的大角度滑翔运动方式来提高续航力，还能通过推进器驱动实现高的机动性。但上述两种机器人在鱼雷型本体上安装固定翼后体型变宽，航行阻力变大，作业范围有限，不易进入狭小空间作业；滑翔模式时机器人航速低、机动能力差、运动轨迹单一(锯齿型)；控制对象多，控制系统复杂，但其功能并没有拓展，仅可以进行不同方式的浮游，不具备爬壁能力。综上所述，高续航力的AUV尚存在以下缺点:1、改变了低阻力鱼雷型外壳，航行速度低，机动能力差，作业范围有限；2、驱动控制对象多，控制系统复杂；3、功能单一，仅可以浮游作业，不可进行其他模态的运动。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种机动性高、续航力强、航速阻力小、控制简单、并且可以吸附壁面爬行的变形水下机器人及运行方法。这种机器人实用性强，适用范围广，可以根据不同的任务需要伸展成扁平状或收纳成鱼雷型。本专利技术通过以下技术方案予以实现: 一种可变形太阳能水下机器人，包括主体、浮力调节装置以及左右对称安装于主舱体两侧的一对伸缩驱动装置、一对上伸缩套筒、一对下伸缩套筒和主体两侧的一对侧舱体，所述侧舱体下侧设置两个沿侧舱体纵向排列的万向轮；所述主体包括导流罩、主舱体、固定尾翼、纵向推进器、垂向推进器、横向推进器、水下摄像机、避碰声呐、扫描声呐、主电子舱、电池舱、副电子舱、水声通讯装置和GPS与无线通讯装置，透明的导流罩安装于主舱体前端，导流罩前端装有避碰声呐，导流罩下部装有扫描声呐，导流罩内装有水下摄像机；各推进器均为电机驱动的螺旋桨推进器，包括纵向推进器、一对垂向推进器和一对横向推进器，纵向推进器设置在主舱体尾部，一对垂向推进器和一对横向推进器分别沿主舱体中轴线对称设置在主舱体内；纵向推进器为导管螺旋桨，纵向推进器轴线位于主舱体中轴线上，纵向推进器轴线、一对垂向推进器轴线和一对横向推进器轴线互相垂直；所述浮力调节装置安装于主舱体中段上部，包括密封的且具有固定容积的耐压液舱、高压液泵、密封的且具有可变浮容积的外皮囊，所述外皮囊设置在主舱体上侧内，耐压液舱设置在主舱体下侧内，连接外皮囊和耐压液舱的高压液泵设置在外皮囊和耐压液舱之间；内部装有大容量充电电池的电池舱位于主舱体中段下部,副电子舱位于主舱体尾段,其内装有检测传导率、水温度和水深度的CTD传感器和惯性导航装置；所述伸缩驱动装置对称设置在主舱体外侧的一对上伸缩套筒与一对下伸缩套筒之间，包括电动推杆、中部交叉铰接的两根伸缩臂、固定内盒和可动外盒，所述固定内盒固定在主舱体的矩型凹槽内，电动推杆一端与一根伸缩臂一端铰接后与固定内盒纵向可移动连接，电动推杆另一端与另一根伸缩臂中部滑动连接，一根伸缩臂另一端与可动外盒一端铰接；另一根伸缩臂一端与固定内盒一端铰接，另一根伸缩臂另一端与可动外盒另一端可移动连接；上伸缩套筒外侧设有可收放的太阳能电池板。本专利技术的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。前述的可变形太阳能水下机器人，其中主舱体锥型尾段外周面上设有成十字型的尾翼，一对横向推进器分别设置在主舱体中部的两个平行且垂直于主舱体轴线的横向导流通道内。前述的可变形太阳能水下机器人，其中上侧的尾翼内设有水声通讯装置和GPS与无线通讯装置。前述的可变形太阳能水下机器人，其中所述上伸缩套筒或下伸缩套筒均由横截面逐个缩小、且彼此套合的多节矩型套管连接而成，所述矩型套管内端设有外翻边，矩型套管外端设有内翻边，相邻两节矩型套管的内翻边和外翻边彼此扣合；主舱体两侧通过对称设置的上伸缩套筒、下伸缩套筒与外侧的侧舱体活动连接；主舱体两侧的上伸缩套筒和下伸缩套筒外移侧舱体展开时，主舱体与侧舱体成扁平状；主舱体两侧的上伸缩套筒和下伸缩套筒收纳侧舱体时，主舱体与侧舱体收纳成鱼雷型。所述上伸缩套筒的每节矩型套管上侧均设有太阳能电池板。一种可变形太阳能水下机器人的控制方法，包括以下步骤: 1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王志东，窦京，周玉龙，凌宏杰，李洋，吴娜，凌杰，付佳，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：