波浪驱动无人水面机器人运动效率分析

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1、第36卷第1期Vol.36,No.12014年1月机器人ROBOTJan.,2014DOI：10.3724/SP.J.1218.2014.00043波浪驱动无人水面机器人运动效率分析田宝强1,2，俞建成1，张艾群1，金文明1,2，赵文涛1,2，陈质二1,2（1.中国科学院沈阳自动化研究所，辽宁沈阳110016；2.中国科学院大学，北京100049）摘要：以波浪驱动无人水面机器人（WUSV）的运动效率为研究对象，首先分析了该机器人的驱动原理，并推导了驱动力的计算公式．然后，结合波浪理论从能量转化角度建立了运动效率分析模型．最后通过波浪驱动无人

2、水面机器人实验平台，分析和计算了波高、波浪周期和翼板旋角对运动效率的影响，这为WUSV的动力学建模和效率优化分析提供理论基础和设计依据．关键词：波浪驱动；无人水面机器人；波浪能；运动效率中图分类号：TK79文献标识码：A文章编号：1002-0446(2014)-01-0043-06AnalysisonMovementEfficiencyforWaveDrivenUnmannedSurfaceVehicleTIANBaoqiang1,2，YUJiancheng1，ZHANGAiqun1，JINWenming1,2，ZHAOWentao1,2，C

3、HENZhi’er1,2(1.ShenyangInstituteofAutomation,ChineseAcademyofSciences,Shenyang110016,China;2.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)Abstract:Thispaperfocusesonthemovementefficiencyofwave-drivenunmannedsurfacevehicle(WUSV).Firstly,thedrivingprincipleofWUSVi

4、sanalyzedandtheformulaforcalculatingthedrivingforceisderived.Then,combinedwiththewavetheory,themodelofmovementefficiencyisestablishedfromtheperspectiveofenergyconversion.Finally,theeffectsofwaveheight,waveperiodandwingrotationangleonthemovementefficiencyareanalyzedandcalcula

5、tedthroughtheexperimentalplatformofWUSV,whichprovidesthefoundationandbasisforfurtherstudyinthedynamicsmodelandefficiencyoptimalanalysisofWUSV.Keywords:waves-driven;unmannedsurfacevehicle;waveenergy;movementefficiency1引言（Introduction）限[3]．如果要从根本上改变这一状况，必须改变其驱动方式或引进新的能源．波浪驱动无人

6、水面机器随着经济的发展和生活水平的提高，陆地资源人（WUSV）的出现很好地解决了这个难题，它出的枯竭和社会生产需要增长的矛盾日趋严重，人们色的续航能力和航行速度都非常适合用于海洋观不得不把目光投向资源丰富的海洋．据估计，占据测，这与波浪能和太阳能两种新能源的利用是分不了陆地表面积71%的海洋的资源储量是陆地的几十开的．与传统的滑翔机相比，波浪驱动无人水面机倍到几百倍．于是各种各样的海洋观测、开发工具器人除了具有很强的续航能力外，还具有负载能力不断涌现，如水面和水下的机器人，包括USV（无强、面向不同应用可配置不同的传感测量设备、可人水面机器

7、人）、AUV（自治水下机器人）、ROV实时传送数据、利用清洁能源不污染环境等优点．（有缆水下机器人）、载人潜水器（如蛟龙号）、水美国LiquidRoboticsInc首先在（WUSV）的研下滑翔机等[1-2]．制上取得了巨大成功[4-5]．该波浪驱动无人水面机但是面对面积如此广大的海域，这些工具的作器人（又称波浪滑翔机）质量约为75kg，平均航速业范围在很大程度上受到了其携带能源（大多数是为1.5节．目前正在进行的PacX活动，将打破无人电池数量）的限制，续航能力非常有限．ROV所海洋机器人（unmannedoceanvehicle）最远航

8、程的需的能源尽管有母船提供，但母船的运用大大增世界记录．加了经费开支．同时，尽管人们对机器人能源消耗然而，该波浪驱动无人水面机器人作为一款新的优化研究取得了部分成果，但作业时间非