[发明专利]一种全自由度的水下潜航器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种全自由度的水下潜航器及其控制方法，涉及ROV技术领域。所述潜航器的舱体部件和推进器部件固定在整体支架部件上，舱体部件与推进器部件通过缆线连接；推进器部件由八个推进器组成，推进器部件具有对称面Ⅰ、对称面Ⅱ、对称面Ⅲ，且对称面Ⅰ、对称面Ⅱ、对称面Ⅲ两两正交，相邻推进器桨叶旋向相反。八个推进器完全对称布置，相邻推进器的桨叶旋不同，使潜航器能完成前进、后退、上浮、下潜、左右平移、左右转弯、左右倾翻转、低抬头旋转以及定深悬停姿态动作，实现其前后左右上下的移动和翻转全自由度的运动。过程中平移与旋转相互独立，平移时合力仅为与平移方向重合的力矢量，旋转时合力仅为与旋转方向重合的力偶，控制效果稳定。

技术领域

本发明涉及ROV技术领域，具体涉及一种全自由度的水下潜航器及其控制方法。

背景技术

潜航器是通过水下推进器提供动力来实现水下航行，推进器的数量及布局决定了潜航器可实现的航行方向、可达到的姿态稳定程度。

专利CN201710547507.2中公开了一种搭载4个推进器的水下潜航器，其中2个水平推进器位于机壳尾部，推进方向平行于水平面，通过改变电机的正转反转为潜航器提供前进、后退、转弯的推进力；另外2个垂直推进器位于机身前中部，推进方向垂直于水平面，通过改变电机的正转反转为潜航器提供上浮、下潜、横滚的推进力，使得潜航器可实现前进、后退、上浮、下潜、左/右转弯、左/右倾翻转、定深拍摄的运动，但无法实现左右平移、俯仰、前后翻转等姿态动作。

为进一步满足用户使用需求，专利CN201810564943.5中在现有4个推进器的基础上，在潜航器纵轴线后端增加了一个竖直方向的推进器，通过三个垂直推进器的转速和转向的条件，可使潜航器在原四推进器的基础上增加俯仰、前后翻转、悬停(以一定角度保持在目标深度)的姿态动作，无法实现左右平移。在实际使用过程中，潜航器需要通过软件不断调整推进器的转速，来补偿因推进器布置产生的力矩不平衡的问题，程序的响应会有一定的滞后性，这就使得潜航器的稳定性较差，导致设备在水下作业时拍摄效果不佳，水下作业开展困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全自由度的水下潜航器及其控制方法，解决现有潜航器无法实现全自由度姿态航行的问题，同时解决因推进器布置产生的力矩不平衡导致现有潜航器稳定性差的问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：一种全自由度的水下潜航器，其特征在于：包括舱体部件、整机支架部件和推进器部件，舱体部件和推进器部件均固定在整机支架部件上，舱体部件与推进器部件通过缆线连接；所述推进器部件由八个推进器组成，推进器部件具有对称面Ⅰ、对称面Ⅱ、对称面Ⅲ，且对称面Ⅰ、对称面Ⅱ、对称面Ⅲ两两正交，相邻推进器桨叶旋向相反。

更进一步的技术方案是所述推进器中轴线与对称面Ⅰ所成的锐角大小为15°～75°，与对称面Ⅱ所成的锐角大小为15°～75°，与对称面Ⅲ所成的锐角大小为15°～75°。

更进一步的技术方案是所述推进器部件由第一推进器、第二推进器、第三推进器、第四推进器、第五推进器、第六推进器、第七推进器、第八推进器构成，其中第一推进器、第二推进器、第三推进器、第四推进器位于整机支架部件前端，第五推进器、第六推进器、第七推进器、第八推进器位于整机支架部件后端；第一推进器、第四推进器、第五推进器、第八推进器位于整机支架部件右侧，第二推进器、第三推进器、第六推进器、第七推进器位于整机支架部件左侧；第一推进器、第二推进器、第五推进器、第六推进器位于舱体部件上方，第三推进器、第四推进器、第七推进器、第八推进器位于舱体部件下方；

第一推进器、第二推进器与第五推进器、第六推进器关于对称面Ⅰ对称，第三推进器、第四推进器与第七推进器、第八推进器关于对称面Ⅰ对称；

第一推进器、第二推进器与第三推进器、第四推进器关于对称面Ⅱ对称，第五推进器、第六推进器与第七推进器、第八推进器关于对称面Ⅱ对称；