水下机器人长时间自主行动的能源管理策略

水下机器人长时间自主行动的能源管理策略

随着科技的不断进步和人们对海洋深层探测需求的增加，水下

机器人的重要性越来越被人们所认识。而水下机器人能否持久而

稳定地执行任务，则与其能源管理策略紧密相关。本文将从能源

管理策略的基本框架、能源来源和管理方式、节约能源策略等方面，阐述水下机器人长时间自主行动的能源管理策略。

一、基本框架

水下机器人能源管理系统，应由整体设备能源供应系统和单机

能源管理系统两部分组成。整体设备能源供应系统主要由能源源、传送和分配系统构成，保证各装置之间的能源交流和使用；而单

机能源管理系统则保证机器人单元内各装置的稳定运行和合理利用。其中，能源和传送系统是关键部分，需要保证能源的稳定和

高效利用。

二、能源来源和管理方式

水下机器人常用的能源来源包括：锂电池、油电混合、燃气发

电等。锂电池具有轻、小、可充电的优点，适用于深海中短时间

的应用，但使用时间受限于电池容量、电量的消耗和充电条件等

因素；油电混合是利用发电机产生的电能，为机器人提供动力和

控制信号，同时也提供其他各部位所需电能，适用于续航较长时间、深度较大的水下机器人。燃气发电则多用于大型水下机器人，

它利用发动机燃烧燃气转化为动力，为机器人提供动力，实现长期海洋探测作业。

水下机器人能源管理方式有两种：集中和分散。集中式能源管理方式包括电池包管理和电源管理，通常采用锂电池作为能源，将电池阵列集中放置于水下机器人的一个装置上，机器人的其他部位通过电线连接到电池包上获取电能，中心控制器控制所有电池包系统的升压、充电、放电、量测。分散式能源管理方式则将电池的多个节点布置在机器人不同部位，每个节点上配有电池单元和控制器，以实现对电量、电压、电流等参数的检测和管控。

三、节约能源策略

为了能够更好地实现水下机器人长时间自主行动，进行节约能源也是非常必要的。在能源管理方案中，节约能源重点包括：降低动力损耗、节约能源消耗、优化能源供给和应用、增强能源系统的表现力等。

对于降低动力损耗，主要在于改进负载系统、改进控制系统、改进机器人运动姿态等控制策略，从而减小动力损失。将机器人设计为异常低阻力，能够减小能量损失；利用高效的电机或发动机来优化能量转换，将燃料燃烧产生的热能转化为更多的动能或电能。

在节约能源消耗方面，采用了多种措施，如缩小机器人外形的

尺寸、降低机器人的重量、优化功率输出系统、优化控制算法等。同时，通过科学的控制策略来控制水下机器人的动力状态，避免

一些无意义的动作。

对于优化能源供给和应用，主要是多能源结合，利用高效的能

源转换系统，实现多种能源的混合使用。在燃气液压系统中加入

常温储能，可扩大能量来源；采用高效的太阳能板，可实现多种

能源补充。

最终，为了提高整个能源管理系统的表现力，应该对能源管理

系统的算法进行优化，提高算法的实时性、有效性，在满足自动

化控制的条件下实现最大程度的节约能源。

结语

水下机器人长时间自主行动的能源管理策略，在保证机器人稳

定运行的同时，能够提高机器人的生存能力和工作效率，应该充

分考虑多种能源结合、能源供给方式、控制策略、降低动力损耗

等措施的综合运用，实现有效的高效、节能运行。