[发明专利]一种新型超机动水下直升机及其控制方法

说明书

本发明公开了一种新型超机动水下直升机及其控制方法，属于机器人技术领域，包括上舱、下舱、舱盘、转盘、矢量推进系统、供电组件、电子调速器、IMU惯性导航系统、无线通讯系统、水下摄像系统和姿态调整系统。选取高能量密度锂电池组作为整机供电，通过惯性导航实现水下精准定位航行，通过姿态调整系统实现水下直升机的俯仰角控制，通过矢量推进系统改变推进力的方向，水平回转性能和垂直沉浮稳定性较好，可以实现多种运动与作业方式。在水中调整姿态式，转盘电机转动使得浮力块与重力块相对位置的不同，可以借助浮力与重力来矫正水下直升机的姿态，不需要推进器额外的推力补偿，可以实现一定在一定攻角下的水下航行。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种新型超机动水下直升机及其控制方法。

背景技术

直到目前，国际上出现的众多潜水器虽然种类繁多，但在日常应用过程中任缺乏高机动性与高效性。例如有缆潜水器（ROV）、无缆自治潜水器（AUV）、载人潜器（HOV）以及水下滑翔机（Glider）等等，不管对于哪种类型的潜水器而言，其在水下运动的高机动性始终是该潜水器高效运作的保障，而源于自身结构设计或是外界环境变化的影响，如何提高潜水器运行中的机动性仍是目前亟待思考与解决的问题之一。

此外，就现阶段的水下潜水器技术而言，还很难具备较高的全方位抗流能力。在目前的潜器结构设计中，为提高其航行速度与提供其左右转向的动力，前进方向一般需配置两个桨，而侧向一般配置一个桨，这样潜水器侧向抗流能力较小。而在实际应用环境中，海流是多向的，这就要求潜水器具有良好的全方位抗流能力，以应对来自于各个方向的来流冲击。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有无缆自治潜水器（AUV）在机动性上的缺陷，提出了一种新型超机动水下直升机，该水下直升机具备姿态调整系统和矢量推进系统，该新型超机动水下直升机不仅可以实现远距离遥控、实现水下观测，同时可以在水下实现竖直沉浮、直线前进(定深)、全周转向、定角度俯冲（爬升）、水平俯冲（爬升）等众多功能，是一种快速、高效、稳定的新型水下机器人。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种新型超机动型水下直升机，包括上舱、下舱、舱盘、转盘、矢量推进系统、供电组件、电子调速器、IMU惯性导航系统、无线通讯系统、水下摄像系统和姿态调整系统；

所述的上舱和下舱分别固定安装在舱盘的上下两侧形成密封舱室，所述的无线通讯系统、供电组件和IMU惯性导航系统位于密封舱室的上舱内，所述的电子调速器和水下摄像系统位于密封舱室的下舱内，所述的密封舱室安装在转盘的中心位置，所述的姿态调整系统安装在转盘上；所述的转盘包括分别固定在滚珠轴承外圈和内圈上的转盘外环和转盘内环，所述的转盘外环与所述的密封舱室固定连接，转盘外环上还安装有由四组矢量推进组件构成的矢量推进系统，所述的四组矢量推进组件沿转盘外环周向间隔均布；所述的IMU惯性导航系统、电子调速器、无线通讯系统、水下摄像系统、姿态调整系统以及矢量推进系统均由供电组件供电，IMU惯性导航系统用于实时获取水下直升机的运动信息，电子调速器用于根据水下直升机的运动信息产生对矢量推进系统和姿态调整系统的控制信号。

作为本发明的优选，所述的上舱和下舱呈半圆形。

作为本发明的优选，所述的供电组件包括锂电池组和电源模块，所述的锂电池组通过电源模块调节输出电压以及实现交直流电的转换。

作为本发明的优选，所述的转盘内环为内齿轮，所述的姿态调整系统包括转盘电机、外齿轮、浮力块和配重铅块，所述的转盘电机固定在转盘外环上，转盘电机的输出轴与外齿轮传动连接，所述的外齿轮与所述的内齿轮啮合；所述的转盘外环和转盘内环上分别安装有两个浮力块和两个配重铅块，且两个浮力块和两个配重铅块交错均匀布置。

作为本发明的优选，所述的矢量推进组件包括舵机固定件、舵机、矢量连接件和水下推进器；所述的舵机通过舵机固定件安装在转盘外环上，所述的水下推进器通过矢量连接件与舵机相连。