[发明专利]一种水下机器人自推进效率测试方法及装置

说明书

本发明公开了一种水下机器人自推进效率测试方法及装置，通过夹具将待测水下机器人固定于已知水流速度的水流中，获取待测水下机器人在不同水流速度下的受力值，同时获取夹具在不同水流速度下的受力值进行数据补偿，利用数值拟合求得速度—合力曲线，从而确定待测水下机器人的自推进速度，实现了简化实验条件下对自推进速度的预估，避免了复杂的自推进测试实验，然后在无流速条件下获取待测水下机器人的推静水推力值，结合两个实验结果便可求得自推进状态下的推进功率，从而计算自推进效率，本发明提出的实验方法，能够简化水下机器人自推进效率测试实验，提高测试效率，为研究水下机器人推进性能提供了一种崭新的研究思路。

技术领域

本发明属于水下仿生机器人技术领域，具体涉及一种水下机器人自推进效率测试方法及装置。

背景技术

水下机器人的推进效率是评判其水下综合性能的重要依据，也是衡量机器人能量转化率的重要指标，高推进效率的水下机器人具有更大的作业范围、更长的续航时间以及承受更多任务载荷，对于海洋资源探测、水域侦查监控以及深海作业有着重要意义。

水下机器人推进效率实验测试是研究中重要的一个环节，简单的实验条件、高效的测试方法、精准的测试结果能够使研究者更全面地评估水下机器人综合性能。现有的水下机器人推进性能测试主要包括牵系法与自推进法，前者主要通过固定桁架将水下机器人固定于实验水池中，通过施加不同流速的均匀来流，模拟水下机器人与水流之间的相对运动，进而测试其推进性能，这种评价方法只适用于研究水下机器人加速(减速)过程中的性能，究其原因，主要是实验得到的数据并非适用于水下机器人的自推进状态，而只有自推进状态下水下机器人的实验数据才能反映其真实运动。自推进法是指，先使得水下机器人达到自推进状态，在维持该状态下进行性能测试。自推进状态是指，水下机器人利用其推进装置，从静止开始，经历加速运动，最后到达的匀速运动状态。在自推进状态下，水下机器人推力近似等于阻力，即合外力近似等于零，这加大了实验测试难度，因为在合外力为零的情况下，要分离推力和阻力几乎不可能实现，因此推进有效功率较难测量。同时，自推进测试也对实验场地提出较高要求，依赖于低摩擦导轨、闭环驱动滑台等设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水下机器人自推进效率测试方法及装置，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水下机器人自推进效率测试方法，包括以下步骤：

S1，通过夹具将待测水下机器人固定于已知水流速度的水流中，在已知水流速度下，开启待测水下机器人推进，检测此时待测水下机器人受力值，待测水下机器人推进方向与水流方向相反；改变水流速度，并持续获取待测水下机器人在不同水流速度下的受力值；

S2，获取在静水状态下待测水下机器人自推进的静水推力值；

S3，检测夹具在不同水流速度下的受力值，将同一水流速度下夹具受力值与测水下机器人受力值之和作为待测机器人的最终受力值，采用最小二乘法对最终受力值和相应的水流速度进行数据拟合得到速度—合力曲线，速度—合力曲线与横坐标交点即为待测水下机器人自推进状态下最终速度；

S4，根据获取的静水推力值、自推进状态下最终速度和待测水下机器人的输入功率即可得到待测水下机器人的自推进效率：

自推进效率＝静水推力值*自推进状态下最终速度/输入功率*100％。

进一步的，以预估自推进速度作为水流流速，以低于预估自推进速度和高于预估自推进速度作为水流速度区间。

进一步的，水流速度区间为0.5U′-1.4U′，U′为预估自推进速度。

进一步的，在水流速度区间内，选取离散值对应水流速度进行待测水下机器受力值检测。