3、水下滑翔机器人的发展、系统模型与控制策略

水下滑翔机器人的发展、系统模型与控制策略

1. 水下滑翔机器人研究进展

在水下机器人领域，不同高校和研究机构取得了诸多成果。哈尔滨工业大学提出了一种新型盘式水下滑翔器（UG），借助CFD模拟，验证了不同攻角下关键参数的变化规律以及数值计算方法的有效性，这有助于提升盘式UG的水动力性能和滑翔经济性。大阪府立大学研发了太阳能驱动的UG——Tonai60，它通过吸排水和移动滑块来调节浮力和姿态，并在鹿儿岛湾进行了测试，利用携带的水声探测器、温度和盐度传感器成功记录了数据，但尚未进行耐力测试。萨马拉国立研究大学提出了可变形状UG的概念，其集成了基本气动回路，可根据气动肌肉中的压力驱动固定在机器人坚固船体肋骨上的气动肌肉变形。

2. 浮力驱动系统设计

浮力驱动系统作为传统UG的唯一动力源，是最为重要的机构，其性能直接决定了滑翔能耗和航程。该系统的主要任务是改变主体的净浮力，可通过改变重量或总体积来实现，目前主流的方式是改变体积，主要分为以下三种类型：
- 活塞式吸排水方案 ：电机驱动活塞进出使液体流动，从而改变体积。
- 双向驱动内外阶梯系统 ：电机驱动泵进行双向吸油。
- 单向液体系统驱动 ：泵将液体从内囊输送到外囊以增加浮力，潜水时借助大气压力和内囊负压自动吸入液体，减少浮力。

从UG的工作深度角度，当前的浮力驱动系统可分为浅海型和深海型。
- 浅海型 ：
- 活塞式机构 ：由电机直接驱动，效率高，但受水深和电机功率限制，仅适