本發(fā)明涉及水下浮沉裝置，具體涉及一種基于水下浮沉裝置的控制方法。

背景技術(shù)：

原來仿生機(jī)器在水中自由沉浮系統(tǒng)采用的是改變重心位置法，和胸鰭法。重心位置法:改變重心位置法的原理是在仿生機(jī)器體內(nèi)裝備一個(gè)可以活動(dòng)的配重物，通過調(diào)節(jié)配重物的位置，改變仿生機(jī)器的重心位置，從而改變仿生機(jī)器的整個(gè)身體的傾斜方向，進(jìn)而改進(jìn)推進(jìn)力的方向，得到垂直于水面的分力，控制仿生機(jī)器的上浮和下沉運(yùn)動(dòng)。當(dāng)重物向前移，仿生機(jī)器身體重心向前移動(dòng)，身體頭部向下傾斜，分力方向向下，仿生機(jī)器在此分力作用下實(shí)現(xiàn)下潛運(yùn)動(dòng)。當(dāng)仿生機(jī)器重物后移，身體重心后移，頭部抬起，分力向上，實(shí)現(xiàn)上浮運(yùn)動(dòng)。此方案利用配重物的位置改變仿生機(jī)器的俯仰角，改變升力的大小和方向。此方案的缺點(diǎn)是響應(yīng)速度慢，配重物所占用的活動(dòng)空間比較大。

胸鰭法：胸鰭法的原理是在仿生機(jī)器的前部安裝以身體軸線對(duì)稱的一對(duì)仿生機(jī)器魚鰭，其原理相當(dāng)于飛機(jī)的機(jī)翼，仿生機(jī)器在游動(dòng)過程中，通過身體內(nèi)的電機(jī)改變胸鰭的姿態(tài)，利用身體和流體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)在傾斜的仿生機(jī)器鰭上對(duì)推進(jìn)力做分解，得到垂直于游動(dòng)方向上的分力，通過改變胸鰭的傾斜角度改變力的大小和方向。當(dāng)胸鰭傾斜向下時(shí)，分力向下，仿生機(jī)器在向下的分力作用下實(shí)現(xiàn)下潛，胸鰭前段傾斜向上時(shí)，分力向上，實(shí)現(xiàn)仿生機(jī)器的上浮運(yùn)動(dòng)，當(dāng)胸鰭的方向與游動(dòng)方向平行且仿生機(jī)器的游動(dòng)速度較低時(shí)不產(chǎn)生分力或者分力較小，因此通過調(diào)節(jié)胸鰭的俯仰角度即可調(diào)節(jié)仿生機(jī)器的上浮，下沉和懸浮運(yùn)動(dòng)。這種方法的缺點(diǎn)是深度控制不精確，必需借助較高的向前游動(dòng)速度，無法實(shí)現(xiàn)低速或者零速下的懸浮運(yùn)動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的以上問題，提供一種基于水下浮沉裝置的控制方法，本發(fā)明響應(yīng)速度快，靈活性好，深度保持穩(wěn)定，且能長時(shí)間保持。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于水下浮沉裝置的控制方法，包括以下步驟：

深度值初始化，定義深度值范圍，定義絕對(duì)深度0值；

深度值設(shè)定，設(shè)定預(yù)達(dá)到深度值；

速度值設(shè)定，設(shè)定預(yù)設(shè)上浮速度、預(yù)設(shè)下沉速度、預(yù)設(shè)懸浮速度；

深度檢測，檢測水下浮沉裝置當(dāng)前位置深度值；

深度比較，比較當(dāng)前位置深度與預(yù)達(dá)到深度值大?。?/p>

速度檢測，檢測水下浮沉裝置當(dāng)前上浮或下沉或懸浮速度；

速度比較，比較當(dāng)前速度與預(yù)設(shè)上浮速度、預(yù)設(shè)下沉速度、預(yù)設(shè)懸浮速度。

進(jìn)一步的，所述的當(dāng)前位置深度大于預(yù)達(dá)到深度值，水泵關(guān)閉，出水閥開啟，水囊排水，水下浮沉裝置上浮，檢測所述的水下浮沉裝置的當(dāng)前上浮速度，比較所述的水下浮沉裝置的當(dāng)前上浮速度與預(yù)設(shè)上浮速度。

進(jìn)一步的，所述的當(dāng)前上浮速度大于預(yù)設(shè)上浮速度，出水閥關(guān)閉，水泵開啟，水囊進(jìn)水。

進(jìn)一步的，所述的當(dāng)前上浮速度等于預(yù)設(shè)上浮速度，出水閥關(guān)閉。

進(jìn)一步的，所述的當(dāng)前上浮速度小于預(yù)設(shè)上浮速度，出水閥開啟，水囊排水。

進(jìn)一步的，所述的當(dāng)前位置深度等于預(yù)達(dá)到深度值，檢測所述的水下浮沉裝置當(dāng)前懸浮速度，比較當(dāng)前懸浮速度與預(yù)設(shè)懸浮速度。

進(jìn)一步的，所述的當(dāng)前懸浮速度大于預(yù)設(shè)懸浮速度，出水閥開啟，水囊排水。

進(jìn)一步的，所述的當(dāng)前懸浮速度等于預(yù)設(shè)懸浮速度，水泵關(guān)閉，進(jìn)水閥關(guān)閉，出水閥關(guān)閉。

進(jìn)一步的，所述的當(dāng)前懸浮速度小于預(yù)設(shè)懸浮速度，水泵開啟，水囊進(jìn)水。

進(jìn)一步的，所述的當(dāng)前位置深度小于預(yù)達(dá)到深度值，水泵開啟，進(jìn)水閥開啟，水囊進(jìn)水，水下浮沉裝置下沉，檢測所述的水下浮沉裝置的當(dāng)前下沉速度，比較所述的當(dāng)前下沉速度與預(yù)設(shè)下沉速度；所述的當(dāng)前下沉速度大于預(yù)設(shè)下沉速度，出水閥開啟，水囊排水；所述的當(dāng)前下沉速度等于預(yù)設(shè)下沉速度，水閥關(guān)閉，水泵關(guān)閉；所述的當(dāng)前下沉速度小于預(yù)設(shè)下沉速度，水泵開啟，進(jìn)水閥開啟，水囊進(jìn)水。

本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供一種基于水下浮沉裝置的控制方法，包括深度值初始化，定義深度值范圍，定義絕對(duì)深度0值；深度值設(shè)定，設(shè)定預(yù)達(dá)到深度值；速度值設(shè)定，設(shè)定預(yù)設(shè)上浮速度、預(yù)設(shè)下沉速度、預(yù)設(shè)懸浮速度；深度檢測，檢測水下浮沉裝置當(dāng)前位置深度值；深度比較，比較當(dāng)前位置深度與預(yù)達(dá)到深度值大?。凰俣葯z測，檢測水下浮沉裝置當(dāng)前上浮或下沉或懸浮速度；速度比較，比較當(dāng)前速度與預(yù)設(shè)上浮速度、預(yù)設(shè)下沉速度、預(yù)設(shè)懸浮速度，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)仿生機(jī)器在水中快速上浮、快速下潛和懸浮在設(shè)定的深度，本控制方法響應(yīng)速度快，靈活性好，深度保持穩(wěn)定。

上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。本發(fā)明的具體實(shí)施方式由以下實(shí)施例及其附圖詳細(xì)給出。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是本發(fā)明的一種基于水下浮沉裝置的控制方法裝配示意圖；

圖2是本發(fā)明的水泵盒內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的水泵盒與壓力罐連接管路示意圖；

圖4是本發(fā)明的一種基于水下浮沉裝置的控制方法水路示意圖；

圖5是本發(fā)明的一種基于水下浮沉裝置的控制方法控制方法框架圖；

圖6是本發(fā)明的一種基于水下浮沉裝置的控制方法控制原理示意圖；

圖中標(biāo)號(hào)：骨架1、水泵盒2、壓力罐3、水泵21、壓力傳感器22、閥體23、水囊31、氣體32。

具體實(shí)施方式

下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來詳細(xì)說明本發(fā)明。

參照?qǐng)D1-6所示，一種基于水下浮沉裝置的控制方法，如圖1所示，包括沉浮控制器、水泵盒2、壓力罐3，水泵盒2內(nèi)設(shè)有水泵21、閥體23；壓力罐3內(nèi)設(shè)有水囊31，水囊31與壓力罐3之間密封連接；水囊31與壓力罐3之間密封有氣體32；水泵21、閥體23與沉浮控制器連接；水泵21與水囊31通過管路連接；水泵21與壓力罐3之間的管路上設(shè)有閥體23；如圖2所示，沉浮控制器安裝于水泵盒2內(nèi)；沉浮控制器控制水泵21進(jìn)水、控制閥體23開關(guān)。

優(yōu)選地，閥體23為電磁單向閥。

優(yōu)選地，壓力罐3的數(shù)量為2個(gè)以上。閥體23的數(shù)量為壓力罐3的數(shù)量的兩倍。

優(yōu)選地，水泵盒2還設(shè)有流量計(jì)；流量計(jì)一端通過管路與水泵21連接，另一端通過管路與外界水域連通；流量計(jì)與沉浮控制器電連接。

優(yōu)選地水泵盒2還設(shè)有壓力傳感器22；壓力傳感器22由沉浮控制器控制。

下面結(jié)合圖1-圖6詳細(xì)說明水下沉浮裝置的沉浮控制：

水泵盒2和兩個(gè)壓力罐3通過連接管路組成整個(gè)沉浮系統(tǒng)，水泵盒2里裝有沉浮控制器，通過骨架1上設(shè)有的深度傳感器檢測仿生機(jī)器當(dāng)前所在的深度和實(shí)際設(shè)置的深度來調(diào)節(jié)兩個(gè)儲(chǔ)水罐的充放水，改變仿生機(jī)器的重力和浮力的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)仿生機(jī)器在水中的上浮和下潛。

如圖5所示，一種基于水下浮沉裝置的控制方法包括深度值初始化、深度值設(shè)定、速度值設(shè)定、深度檢測、深度比較、速度檢測、速度比較。

如圖6所示，沉浮控制流程如下：深度傳感器先檢測當(dāng)前深度值，然后跟主控板發(fā)送過來的設(shè)置深度值比較，當(dāng)設(shè)置深度比當(dāng)前深度值小時(shí)，閥體23開啟，壓力罐3中氣體32壓力大于水囊31中水壓，水囊31中水被擠出，仿生機(jī)器上浮，并每隔0.2s檢測仿生機(jī)器上浮的速度，當(dāng)上浮速度小于1cm/s，繼續(xù)排水，浮力慢慢比重力大，上浮速度逐漸加大，當(dāng)上浮深度值等于1cm/s時(shí)，閥體23關(guān)閉，水囊31停止排水。當(dāng)上浮速度大于1cm/s時(shí)，水泵21開啟，水囊31進(jìn)水，重力逐漸大于浮力，上浮速度減慢，控制仿生機(jī)器以1cm/s的速度上浮，在沒有到達(dá)設(shè)定深度時(shí)，水囊31動(dòng)態(tài)充放水，以接近1cm/s的上浮速度上浮到設(shè)定深度。到達(dá)設(shè)定深度后，檢測當(dāng)前的速度，若當(dāng)前上浮速度值大于0.1cm/s,水囊31進(jìn)水，若下沉速度大于0.1cm/s,水囊31放水，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，讓仿生機(jī)器穩(wěn)定在設(shè)置深度值附近；當(dāng)設(shè)置深度比當(dāng)前深度值大時(shí)，水泵21開啟，閥體23開啟，水囊31進(jìn)水，重力大于浮力，仿生機(jī)器下沉，每隔200ms檢測下沉的深度，當(dāng)下沉的速度大于2cm/s時(shí)出水閥開啟，水囊31排水，當(dāng)下沉速度等于2cm/s，水泵21關(guān)閉，閥體23關(guān)閉，仿生機(jī)器以約2cm/s的速度下沉，到達(dá)設(shè)定深度附近，水囊31開始動(dòng)態(tài)充放水，控制上浮速度和下沉速度都在0.1cm/s，讓仿生機(jī)器懸浮在設(shè)置深度附近。

如圖1所示，一種優(yōu)選的方案，水下浮沉裝置安裝與骨架1上，水泵盒2安裝與骨架1中部。骨架1上設(shè)有2個(gè)壓力罐3，分別位于骨架1尾段與骨架1頭段。并配備一個(gè)高壓大流量的水泵21，通過快速改變壓力罐3中水囊31內(nèi)水的多少，調(diào)節(jié)仿生機(jī)器身體的重力和浮力之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)仿生機(jī)器上浮下潛的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)水囊31充水，仿生機(jī)器身體的重力大仿生機(jī)器浮力，仿生機(jī)器依靠重力的作用下沉，差別越大，加速度越大。當(dāng)水囊31排水時(shí)，浮力大于重力，仿生機(jī)器依靠浮力的作用上浮。當(dāng)重力和浮力相等且仿生機(jī)器的速度等于0時(shí)，仿生機(jī)器可自由懸浮在水中。在實(shí)際的控制過程中，通過水深傳感器檢測仿生機(jī)器當(dāng)前所在的深度，通過當(dāng)前深度和設(shè)置的深度比較，當(dāng)設(shè)置深度大于當(dāng)前深度時(shí)，沉浮控制器打開水泵21和閥體23，對(duì)水囊31加水，讓仿生機(jī)器身重力大仿生機(jī)器浮力，實(shí)現(xiàn)下潛，在下潛的過程中實(shí)時(shí)檢測下沉的速度，當(dāng)下潛過快時(shí)沉浮控制器控制水泵21放水，控制仿生機(jī)器身的下潛速度，當(dāng)仿生機(jī)器下潛到設(shè)定位置附近時(shí)，水泵21通過不停地充放水，讓仿生機(jī)器在設(shè)定深度附近上下小幅波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)仿生機(jī)器懸浮在水中某一深度。當(dāng)設(shè)定的深度小于當(dāng)前深度時(shí)，沉浮控制器控制水泵21放水，上浮到設(shè)定深度，然后懸浮在該深度附近。

采用雙罐控制的原因是為了讓仿生機(jī)器在水中上浮下沉的姿態(tài)更加逼真。上浮時(shí)仿生機(jī)器頭部附近的壓力罐3先放水，讓頭部先浮上來，當(dāng)仿生機(jī)器頭上浮的角度達(dá)到預(yù)先設(shè)定的角度時(shí)，尾段壓力罐3開始放水，仿生機(jī)器尾跟著浮起來，給人感覺上浮時(shí)，仿生機(jī)器頭先抬起來，慢慢游上來，上浮過程形象逼真。下沉?xí)r也是仿生機(jī)器頭段壓力罐3先進(jìn)水，仿生機(jī)器頭先下沉，接著尾段壓力罐3進(jìn)水，仿生機(jī)器尾部跟著下沉，整體下沉過程形象逼真。

如圖1、圖3所示，仿生機(jī)器骨架上前后兩個(gè)壓力罐3，骨架中間裝設(shè)有水泵盒2，水泵21和控制流向的閥體23都裝在水泵盒2里密封，水泵21和通過兩根管路與兩壓力罐3連接，中間一根短管與外界水域連通，短管作為水泵21進(jìn)水口。沉浮是通過兩個(gè)壓力罐3內(nèi)的水囊31體積大小來控制的。壓力罐3內(nèi)裝有一個(gè)水囊31，水囊31和壓力罐3外壁間密封有一定壓力的氣體32，水泵21將外界水泵入壓力罐3后水囊31體積增大，壓縮周圍氣體32，使得仿生機(jī)器整體浮力減小。排水過程通過壓力罐3內(nèi)壓縮氣體32的壓力將水?dāng)D出壓力罐3，增加浮力。壓力罐3內(nèi)氣體32的壓力是可調(diào)節(jié)的，以便適應(yīng)不同的水域，例如在10M水深的環(huán)境中，壓力罐3內(nèi)氣壓需要0.15～0.2MP方能將管內(nèi)水體擠出，在20M深的環(huán)境下壓力罐3內(nèi)氣體需要0.2～0.3MP。

管路循環(huán)如圖4所示，壓力罐3分為水罐A、水罐B，閥體23設(shè)有4個(gè)，分別為閥a、閥b、閥c、閥d，在兩條回路上各設(shè)有一個(gè)流量計(jì)，在給水罐A進(jìn)水的階段，閥a、閥b、閥d均關(guān)閉、閥c打開，在水泵21的作用下，外界水域中的水通過左邊的流量計(jì)再經(jīng)過水泵21、閥3進(jìn)入水罐A。水罐A放水過程中，關(guān)閉閥b、閥c、閥d并打開閥a，水罐A中的水在罐內(nèi)氣壓的作用下排出，并通過流量計(jì)排入外部水域。B罐的進(jìn)水、排水同理。當(dāng)水罐A進(jìn)水、水罐B排水同時(shí)進(jìn)行，關(guān)閉閥a、閥d，打開閥b、閥c，在水泵21的作用下，外界水域中的水通過左邊的流量計(jì)再經(jīng)過水泵21、閥c進(jìn)入水罐A；水罐A排水、水罐B進(jìn)水同理；水罐A、水罐B同時(shí)進(jìn)水時(shí)，關(guān)閉閥a、閥b，打開閥c、閥d，在水泵21的作用下，外界水域中的水通過左邊的流量計(jì)再經(jīng)過水泵21、閥c、閥d進(jìn)入水罐A、水罐B；水罐A、水罐B同時(shí)排水時(shí)，關(guān)閉閥c、閥d，打開閥a、閥b，水罐A、水罐B中的水在罐內(nèi)氣壓的作用下排出，并通過流量計(jì)排入外部水域。

本發(fā)明提供一種基于水下浮沉裝置的控制方法，包括深度值初始化，定義深度值范圍，定義絕對(duì)深度0值；深度值設(shè)定，設(shè)定預(yù)達(dá)到深度值；速度值設(shè)定，設(shè)定預(yù)設(shè)上浮速度、預(yù)設(shè)下沉速度、預(yù)設(shè)懸浮速度；深度檢測，檢測水下浮沉裝置當(dāng)前位置深度值；深度比較，比較當(dāng)前位置深度與預(yù)達(dá)到深度值大??；速度檢測，檢測水下浮沉裝置當(dāng)前上浮或下沉或懸浮速度；速度比較，比較當(dāng)前速度與預(yù)設(shè)上浮速度、預(yù)設(shè)下沉速度、預(yù)設(shè)懸浮速度，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)仿生機(jī)器在水中快速上浮、快速下潛和懸浮在設(shè)定的深度，本控制方法響應(yīng)速度快，靈活性好，深度保持穩(wěn)定。

以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制；凡本行業(yè)的普通技術(shù)人員均可按說明書附圖所示和以上所述而順暢地實(shí)施本發(fā)明；但是,凡熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，利用以上所揭示的技術(shù)內(nèi)容而做出的些許更動(dòng)、修飾與演變的等同變化，均為本發(fā)明的等效實(shí)施例；同時(shí),凡依據(jù)本發(fā)明的實(shí)質(zhì)技術(shù)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何等同變化的更動(dòng)、修飾與演變等，均仍屬于本發(fā)明的技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。