[实用新型]一种基于流场速度分解方法的AUV稳定悬停装置

说明书

本实用新型提供一种基于流场速度分解方法的AUV稳定悬停装置,包括AUV主体，AUV主体表面设有X轴流速传感器、Y轴流速传感器、Z轴流速传感器，X轴流速传感器安装在AUV主体前端顶部位置，Y轴流速传感器安装在AUV主体中部顶部位置，Z轴流速传感器安装在AUV主体中部侧面位置；AUV主体侧面按对称布局排布设置有多个矢量推进器，多个矢量推进器与AUV主体轴线在同一水平面，每个矢量推进器具有在水平面180度和竖直面180度的调节范围；AUV主体的内部设有俯仰姿态调节装置，俯仰姿态调节装置与矢量推进器相互配合，能够实现对AUV进退、侧移、潜浮、摇艏、横倾和纵倾的六个自由度控制。本实用新型利用传感器数据在载体坐标系下建立空间流场并进行逆向力求解以保持AUV稳定的自抗扰悬停，解决AUV遇乱流失稳的问题。

技术领域

本实用新型涉及水下机器人技术领域，特别涉及一种基于流场速度分解方法的AUV稳定悬停装置。

背景技术

随着当今世界科技的发展，人类正竭尽所能的探索着那些从未涉足过的地区。在这些区域中，丰富的海洋资源无疑是各国争夺的热点，海洋探索能力的高低成为各国能否率先在海洋中占得一席之地的关键。鉴于海洋的复杂环境以及人类身体耐受程度的局限性，AUV(自主式水下航行器)成为了代替人类进行深海作业的最佳选择。

经过几十年的努力，人们已经掌握了不少AUV的技术，AUV的作用也从探测海洋资源，延伸到了军事领域、民生领域、生态保护领域等多个方面。但海洋探索的条件尤为苛刻，AUV的稳定悬停问题一直得不到很好的解决方法。目前，对于乱流的影响，主要采用模拟计算来进行受力的判断，进而进行AUV姿态的调整。但这会引入大量的计算，并且受限于模拟计算的速度，并不能实时的根据流动状态的变化自主进行姿态的及时调整。

实用新型内容

为了使AUV在受到乱流影响时，自主快速的调整姿态并保证其稳定悬停，本实用新型公开了一种基于流场速度分解方法的AUV稳定悬停装置,包括AUV主体，所述AUV主体表面设有X轴流速传感器、Y轴流速传感器、Z轴流速传感器，X轴流速传感器安装在AUV主体前端顶部位置，Y轴流速传感器安装在AUV主体中部顶部位置，Z轴流速传感器安装在AUV主体中部侧面位置；

AUV主体侧面按对称布局排布设置有多个矢量推进器，多个所述矢量推进器与所述AUV主体轴线在同一水平面，任一所述矢量推进器具有在水平面180度和竖直面180度的调节范围；

AUV主体的内部设有俯仰姿态调节装置，所述俯仰姿态调节装置包括陀螺仪，所述陀螺仪安装在AUV主体内部前端，用于设定悬停角度并提供实时角度变化；

所述俯仰姿态调节装置还包括步进电机、滑轨和配重块，所述配重块安装在所述滑轨上，在所述滑轨的末端安装步进电机，所述步进电机安装于AUV主体1内部后端；所述步进电机与所述矢量推进器相互配合，能够实现对AUV进退、侧移、潜浮、摇艏、横倾和纵倾的六个自由度控制。

可选地，所述陀螺仪与所述步进电机配重平衡。

可选地，所述配重块与所述滑轨之间装有滑动装置以减小摩擦。

可选地，所述矢量推进器按对称布局排布设置在AUV的侧面1/4、3/4处。

可选地，所述配重块在正面反面应贴有防撞橡胶垫。

可选地，所述流场速度分解计算的方法，包括如下步骤：

步骤1、以AUV浮力重心为原点，AUV主轴为X轴，建立载体坐标系，把来流在X、Y、Z方向的分量表示出来，设定好AUV悬停时与初始时刻载体坐标系下与轴的夹角θ_x、θ_y、θ_z；

步骤2、用势流叠加原理对AUV表面流动进行分析，进而得到流速在AUV表面的流速分布，由G-S方程，推算出AUV在不同方向上的压力分布，得到整体合力即AUV受力；