仿生半柔性潜航器及其运动控制方法、设备与流程

本发明涉及潜航器，尤其是涉及一种仿生半柔性潜航器及其运动控制方法、设备和介质。

背景技术：

1、无人潜航器作为一种先进的水下载体，近年来在海洋资源、海洋安全、深海探索等领域有着广泛的应用。传统的潜航器通常使用螺旋桨推进方式，虽然能获得较大的推力和较高的速度，但是其噪音大、能耗高以及螺旋桨在运行过程中会产生空泡，且其产生的噪音容易对海洋生物造成干扰，还存在能量利用率低，维护保养成本高等问题。

2、故如何提供一种噪音小且环保的潜航器是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种仿生半柔性潜航器及其运动控制方法、设备和介质，以解决现有技术中存在的潜航器在使用螺旋推进方法时容易对海洋生物造成干扰以及维护成本高的技术问题。

2、第一方面，本发明提供了一种仿生半柔性潜航器，包括：柔性翼、气体压缩装置和控制器，所述柔性翼包括若干个气囊，所述气囊与所述气体压缩装置连接，所述控制器与所述气体压缩装置连接；

3、所述控制器用于：获取所述仿生半柔性潜航器的当前运动状态和目标运动状态；基于所述当前运动状态和所述目标运动状态，确定所需运动状态；基于运动状态与充气矩阵、预设伸展频率的映射关系，确定所述所需运动状态对应的目标充气矩阵和目标伸展频率；基于所述目标充气矩阵和所述目标伸展频率，生成控制所述气体压缩装置的控制指令；其中，所述控制指令包括使所述气囊充气或放气。

4、在可选的实施例中，还包括刚性主体，所述刚性主体上设有压缩气体舱，所述压缩气体舱与所述气体压缩装置连接；

5、所述控制器还用于控制所述气体压缩装置将所述压缩气体舱内的气体充入所述气囊；或者将所述气囊内的气体压入所述压缩气体舱内。

6、在可选的实施例中，还包括传感器，所述传感器与所述控制器连接，所述传感器用于获取所述仿生半柔性潜航器的运动状态。

7、第二方面，本发明还提供了一种仿生半柔性潜航器的运动控制方法，应用于第一方面中任一项所述的仿生半柔性潜航器中的控制器，包括：

8、获取所述仿生半柔性潜航器的当前运动状态和目标运动状态；

9、基于所述当前运动状态和所述目标运动状态，确定所需运动状态；

10、基于运动状态与充气矩阵、预设伸展频率的映射关系，确定所述所需运动状态对应的所述目标充气矩阵和目标伸展频率；

11、基于所述目标充气矩阵和所述目标伸展频率，生成控制所述气体压缩装置的控制指令；其中，所述控制指令包括使所述气囊充气或放气。

12、在可选的实施例中，还包括：

13、控制气体压缩装置将压缩气体舱内的气体充入气囊；或者将所述气囊内的气体压入所述压缩气体舱内。

14、在可选的实施例中，所述基于运动状态与充气矩阵、预设伸展频率的映射关系，确定所述所需运动状态对应的目标充气矩阵和目标伸展频率，包括：

15、基于柔性翼的翼展形状与各个气囊的充气状态的第一映射关系，获取气囊的充气矩阵；

16、基于柔性翼的翼展形状和伸展频率与潜航器的载荷的第二映射关系，获取柔性翼的预设伸展频率；

17、基于仿生半柔性潜航器的载荷与载荷下仿生半柔性潜航器的运动状态的第三映射关系，获取仿生半柔性潜航器的目标运动状态；

18、基于所述充气矩阵、所述预设伸展频率、所述目标运动状态，确定所需运动状态对应的目标充气矩阵和目标伸展频率。

19、在可选的实施例中，基于仿生半柔性潜航器的载荷与载荷下仿生半柔性潜航器的运动状态的第三映射关系的表达式为：

20、

21、式中：r为充气矩阵，f为目标伸展频率，为运动状态，p为函数。

22、在可选的实施例中，所述基于所述当前运动状态和所述目标运动状态，确定所需运动状态，包括：

23、基于所述当前运动状态和所述目标运动状态，得到偏差变化量；

24、基于控制策略，确定所述偏差变化量所对应的所需运动状态。

25、第三方面，本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第二方面中任一项所述的仿生半柔性潜航器的运动控制方法的步骤。

26、第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有机器可运行指令，所述机器可运行指令在被处理器调用和运行时，所述机器可运行指令促使所述处理器运行上述第二方面中任一项所述的仿生半柔性潜航器的运动控制方法。

27、本发明提供的一种仿生半柔性潜航器及其运动控制方法、设备和介质，该潜航器包括柔性翼、气体压缩装置和控制器，所述柔性翼包括若干个气囊，所述气囊与所述气体压缩装置连接，所述控制器与所述气体压缩装置连接；所述控制器用于：获取所述潜航器的当前运动状态和目标运动状态；基于所述当前运动状态和所述目标运动状态，确定所需运动状态；基于运动状态与充气矩阵、预设伸展频率的映射关系，确定所述所需运动状态对应的目标充气矩阵和目标伸展频率；基于所述目标充气矩阵和所述目标伸展频率数据，生成控制所述气体压缩装置的控制指令；其中，所述控制指令包括使所述气囊充气或放气。本申请的方案通过柔性翼内气囊的充放气，驱动潜航器在水里移动，从而使潜航器在水中运动不产生噪音，有利于对海洋生物的保护、提高潜航器自身的隐蔽性，并且通过调节每个气囊内的气体量，可以改变柔性翼的张开形状，从而实现潜航器转弯等非对称运动。

技术特征：

1.一种仿生半柔性潜航器，其特征在于，包括：柔性翼、气体压缩装置和控制器，所述柔性翼包括若干个气囊，所述气囊与所述气体压缩装置连接，所述控制器与所述气体压缩装置连接；

2.根据权利要求1所述的仿生半柔性潜航器，其特征在于，还包括刚性主体，所述刚性主体上设有压缩气体舱，所述压缩气体舱与所述气体压缩装置连接；

3.根据权利要求1所述的仿生半柔性潜航器，其特征在于，还包括传感器，所述传感器与所述控制器连接，所述传感器用于获取所述仿生半柔性潜航器的运动状态。

4.一种仿生半柔性潜航器的运动控制方法，应用于如权利要求1-3中任一项所述的仿生半柔性潜航器中的控制器，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的仿生半柔性潜航器的运动控制方法，其特征在于，还包括：

6.根据权利要求4所述的仿生半柔性潜航器的运动控制方法，其特征在于，所述基于运动状态与充气矩阵、预设伸展频率的映射关系，确定所述所需运动状态对应的目标充气矩阵和目标伸展频率，包括：

7.根据权利要求6所述的仿生半柔性潜航器的运动控制方法，其特征在于，基于仿生半柔性潜航器的载荷与载荷下仿生半柔性潜航器的运动状态的第三映射关系的表达式为：

8.根据权利要求4所述的仿生半柔性潜航器的运动控制方法，其特征在于，所述基于所述当前运动状态和所述目标运动状态，确定所需运动状态，包括：

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求4至8中任一项所述的仿生半柔性潜航器的运动控制方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有机器可运行指令，所述机器可运行指令在被处理器调用和运行时，所述机器可运行指令促使所述处理器运行上述权利要求4至8中任一项所述的仿生半柔性潜航器的运动控制方法。

技术总结
本申请提供了一种仿生半柔性潜航器及其运动控制方法、设备和介质，该潜航器包括柔性翼、气体压缩装置和控制器，柔性翼包括若干个气囊，气囊与气体压缩装置连接，控制器与气体压缩装置连接；控制器用于：获取潜航器的当前运动状态和目标运动状态；基于当前运动状态和目标运动状态，确定所需运动状态；基于运动状态与充气矩阵、预设伸展频率的映射关系，确定所需运动状态对应的目标充气矩阵和目标伸展频率；基于目标充气矩阵和目标伸展频率，生成控制气体压缩装置的控制指令；其中，控制指令包括使气囊充气或放气。本申请的方案通过柔性翼内气囊的充放气，驱动潜航器在水里移动，从而使潜航器在水中运动不产生噪音，有利于对海洋生物的保护。

技术研发人员：胡涛,何慧君,王玮,王琦
受保护的技术使用者：北京数码易知科技发展有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23