针对现有水下航行器采用螺旋桨推进并以鳍舵进行操纵控制的运动方式无法满足在低速条件下具备较好的机动性和稳定性的需求,且功耗较大,航程不够远等特点,结合水下扑翼机器人和水下滑翔机而开发的一款仿海龟推进、采用扑翼推进并带滑翔功能的机器人。该机器人同时具备了上述两种新型水下航行器的高机动性、高效率、低功耗、远航程等特点,目前国内尚未见有此类机器人工程样机的报道。该机器人可用于海洋资源勘测与环境调查等方面。
仿海龟扑翼滑翔水下机器人主要由扑翼推进系统、净浮力调节系统、重心调节系统、实时监测系统、电源和中央控制系统等六部分组成。 扑翼推进系统主要由电机与扑翼、舵机与舵两部分组成,其中电机用于控制扑翼实现扑翼的拍水运动,产生推力,舵机用于控制舵的转动,实现航行中的姿态调整。电机和舵机均直接与控制系统相连,由控制系统根据运动需要进行控制。扑翼翼型选用NACA0010翼型。 净浮力调节系统主要由水泵、电磁阀和水囊组成。仿海龟扑翼滑翔水下机器人主要通过将水从载体内部软质水舱中抽入或排水出来实现的,整个过程机器人所受的浮力不变。 重心调节系统选用同步带传动重块前后运动方案。主控板通过控制电机的转动,实现滑块的前后移动来改变机器人的重心位置,进而调节机器人滑翔时的俯仰角。 实时监测系统主要用于机器人航行状态监测,包括压力变送器和三轴倾角传感器等一系列传感器,主要用于深度监测和俯仰角监测,将监测数据传回控制系统,使得对机器人的运动控制形成一个闭环回路。此外,还可以加入其它传感器来实现机器人对海洋的勘察功能,比如温度传感器、声纳等。温度传感器可用于不同海区、不同深度下海洋信息的收集,声纳可用于水下目标跟踪和探测等。 电源由锂离子二次电池组成,其配置综合考虑了电源的工作温度、工作压力、充放电特性、水下航行器工作状态和电池的设置和保护等特性,以及用电器对电源的电压和容量等方面的需求。 中央控制系统是整个机器人的控制中枢,机器人上的所有设备均由该系统直接或间接控制,具体由主控芯片及附属电路、扑翼电机控制部分、水泵与电磁阀控制部分、舵机控制部分、重心调节电机控制部分、传感器信息采集部分等几个分系统组成。
第十二届“挑战杯”作品 三等奖
(1)2011.4/西安.西北工业大学/西北工业大学团委/西北工业大学第十三届“三航杯”大学生课外学术科技作品竞赛/金奖。
(2)2011.6/西安/陕西省团省委/第八届西安高新“挑战杯”陕西省大学生课外学术科技作品竞赛/一等奖。