[发明专利]一种基于水池的水下滑翔机配平方法

说明书

本发明涉及海洋机器人，尤其是一种基于水池的水下滑翔机配平方法。本发明的配平方法具备低成本、高效率、简单化、智能化等特点，采用软件、电气控制、机械专业相结合的智能调节方式，以软件为主导智能分析计算，电气控制(电子罗盘、电位计等)作为闭环反馈，机械作为辅助操作，大大提高水下滑翔机海试前的调试效率，简化重复、低技术含量的劳动量，对于批量水下滑翔机的生产节省大量的人力、物力、财力。

技术领域

本发明涉及海洋机器人，尤其是针对依靠自身浮力变化来驱动的水下滑翔机的一种水下滑翔机在水池使用的配平方法。

背景技术

水下滑翔机是一种无外挂推进装置，结合浮标、潜标与机器人技术，依靠自身浮力驱动的新型水下移动观测平台。水下滑翔机具有运动可控、噪声低、能耗低、成本低、续航力强、同步性好等特点，已逐渐成为一种通用的水下观测平台。

由于水下滑翔机在海洋中工作，受自身浮力与重力影响很大，为满足科研需求，需要通过水池配平来调整并设定水下滑翔机在水中的各种姿态，但是目前的配平方法通常采用纯人工计算的方式，缺少人机交互的环节，没有闭环反馈，在配平过程中，人为的失误会对试验造成很大的影响，导致配平精度低，影响水下滑翔机的自动控制。

发明内容

针对上述技术不足，本发明的目的是提供一种水下滑翔机在水池使用的配平方法。本发明大大提高水下滑翔机海试前的调试效率，简化重复、低技术含量的劳动量，对于批量水下滑翔机的生产节省大量的人力、物力、财力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于水池的水下滑翔机配平方法，包括以下步骤：

1)建立水下滑翔机载体模型，并提取载体与水接触的零部件，建立材料特性为水的浮力模型，设计浮力块及布置安装位置并使浮力模型的浮心位置保持不变，用于抵消海水与淡水密度差造成的浮力差；

2)划分配重区域并记录配重区域坐标，并根据载体模型获得理论质心坐标；

3)通过载体模型与浮力模型进行初配，保证浮力与重力之差小于阈值，且载体重心在浮心之下；

4)将初配后的水下滑翔机载体安装浮力块并放入水池，控制载体的俯仰机构使载体艏部朝下并垂直；然后根据浮力电位计调节浮力状态，使载体在水面处于悬浮状态，并且载体艉部末端与水面持平，此时通过获取浮力电位计变化量得到载体体积量V，进而得出偏差配重质量M1，根据力矩平衡原理得出艏部配重增减质量M2与艉部配重增减质量M3；

5)从水池中捞出载体，根据步骤4)计算出的配重增减质量M2、M3，对载体进行配重再次安装，安装完成后再次将载体放入水池，重复步骤4)，直到浮力电位计值与配平前浮力电位计标定时的设定值相等为止；

6)保持步骤5)中的浮力电位计值不变，控制俯仰机构运动到俯仰电位计值与配平前载体俯仰电位计标定时的设定值相等，从此位置开始调节俯仰电位计使俯仰机构运动到载体反馈纵倾角在0度设定误差区间，此时通过获取俯仰电位计变化量得到俯仰机构移动距离L1，并根据力矩平衡原理得到艏部与艉部配重相互移动的重量即配重增减质量M5；

7)从水池中捞出载体，根据步骤6)计算出的配重增减质量M5，对载体进行配重再次安装，安装完成后再次将载体放入水池，重复步骤6)，直到俯仰电位计值与配平前载体浮力电位计标定时的设定值相等为止；

8)保持步骤5)中的浮力电位计值不变，控制俯仰机构在步骤7)的基础上使俯仰机构向前移动距离L2后，读取电子罗盘反馈的纵倾角α,通过计算得到稳心高e，将计算稳心高e与理想的稳心高e1进行对比，并根据力矩平衡原理计算出为达到理想的稳心高e1所需要对载体配重进行上下调节的配重量M6；

9)从水池中捞出载体，根据步骤8)计算出的配重上下调节量M6，对载体进行配重再次安装，安装完成后再次将载体放入水池，重复步骤8)，直到稳心高e在理想范围e1内；