水下機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀

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1、多功能水下臍帶纜夾檢測(cè)車綜述1 水下機(jī)器人是一種可以在水下運(yùn)行并能夠獨(dú)立完成特定功能的機(jī)械設(shè)備，通常 可以分為載人水下機(jī)器人(Human Occupied Vehicle,簡(jiǎn)稱HOV ),遙控機(jī)器人 (Remotely Operated Vehicle,簡(jiǎn)稱 ROV )和自治無(wú)人水下機(jī)器人(Autonomous Underwater Vehicle ,簡(jiǎn)稱 AUV )三類。 AUV在水下通過(guò)各類傳感器測(cè)量信號(hào)，經(jīng)過(guò)機(jī)載 CPU進(jìn)行處理決策，獨(dú)立完 成各種操作，例如進(jìn)行水下機(jī)動(dòng)航行，動(dòng)力定位，信息采集，水下探測(cè)等。通常這 種機(jī)器人依靠水聲通訊技術(shù)與岸基和船基進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，或者浮出水面，撐起無(wú)

2、線電天 線，與陸基和衛(wèi)星進(jìn)行通訊。AUV的能源完全依靠自身提供，往往自身攜帶可充 電電池、燃料電池、閉式柴油機(jī)等。該類設(shè)備優(yōu)點(diǎn)是活動(dòng)范圍可以不受空間限制， 并且沒有臍帶纜，不會(huì)發(fā)生臍帶纜與水下結(jié)構(gòu)物纏繞問(wèn)題，但是水下的續(xù)航能力和 負(fù)載能力受到自身能源的強(qiáng)烈制約，只能完成一些短程和輕載的工作，而自身的 CPU處理能力又很大程度上限制了 AUV所能從事工作的復(fù)雜程度。典型的 AUV 有美國(guó)海軍研究生院的Phoenix AUV和性能更優(yōu)越的Aries AUV ,這兩個(gè)機(jī)器人的 研發(fā)主要是為了研究智能控制、規(guī)劃和導(dǎo)航功能。麻省理工大學(xué) Odyssey II是一種 主要用于海冰檢測(cè)和標(biāo)圖的機(jī)器人。美國(guó)新

3、罕布什爾自主水下系統(tǒng)研究所與俄羅斯 遠(yuǎn)東科學(xué)院水下技術(shù)研究所聯(lián)合開發(fā)的太陽(yáng)能自主水下 AUV正在嘗試克服AUV 的遠(yuǎn)程續(xù)航缺陷。美國(guó)的C.S.Droper實(shí)驗(yàn)室則在仿生AUV方面有巨大的突破，代 表產(chǎn)品是仿黃鰭金槍魚機(jī)器人 VCUUV 。 加拿大在1994年冰層電纜鋪設(shè)方面率先采用 AUV技術(shù)，研制出Theseus AUV,該機(jī)器人配備了一塊70kWh鋁氧燃料電池，續(xù)航能力達(dá)到36小時(shí)。后來(lái) 該機(jī)器人的能源裝置不斷升級(jí)，到1997年完成第二代電池試驗(yàn)，續(xù)航能力較第一 代顯著提高。日本東京生產(chǎn)技術(shù)研究所主要致力于水下電纜檢測(cè)領(lǐng)域，研發(fā)出了包 括Twin-BurgeE型和II型、PTEROA1

4、50型和250型等多系列電纜鋪設(shè)和檢測(cè)維 護(hù)AUV。在國(guó)內(nèi)AUV的研制主要由兩所機(jī)構(gòu)完成，一是一中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研 究所為核心，該所與中船重工業(yè)集團(tuán) 702所，哈爾濱工程大學(xué)等合作研發(fā)出 探索 者1號(hào)” AUV等機(jī)器人，之后與俄羅斯合作研發(fā)了 CR系列機(jī)器人。另一個(gè)是以哈 爾濱工程大學(xué)為中心，主要研發(fā)軍用智能機(jī)器人。北京航空航天大學(xué)致力于仿生機(jī) 器魚的研究，為新推進(jìn)器技術(shù)和新型結(jié)構(gòu)的研究奠定了良好的基礎(chǔ)。 遙控機(jī)器人（ROV ）能夠克服AUV的能源動(dòng)力不足的缺陷，他的能源和控 制指令都由水面控制臺(tái)提供，通過(guò)臍帶纜傳遞給 ROV o ROV的有點(diǎn)在于動(dòng)力充足 可以支撐復(fù)雜或大型的探測(cè)設(shè)備，信息

5、采集和數(shù)據(jù)傳送工作快捷方便，數(shù)據(jù)采集量 大，由于其操作控制和信號(hào)處理等工作全部由水面的計(jì)算機(jī)和工作站來(lái)完成，人機(jī) 交互水平高于AUV ,所以ROV的總體決策能力要高于 AUV 。ROV的致命缺陷 就是自身的生命線臍帶纜，在短程操作中問(wèn)題不大，但是在長(zhǎng)距離水下作業(yè)中，臍 帶纜很容易與水下其他結(jié)構(gòu)發(fā)生纏繞，當(dāng)距離較長(zhǎng)時(shí)，對(duì) ROV的動(dòng)力也是一個(gè)很 大的挑戰(zhàn)。 ROV最早的產(chǎn)品是“CURV”，該設(shè)備由美國(guó)研制成功，該機(jī)器人被用做打撈 一顆沉沒在西班牙外海的一顆失落的海底氫彈而震驚全世界。 CURV-1 水下 ROV CURV-2 水下 ROV CURV-3 水下 ROV ROV的商

6、業(yè)化產(chǎn)品則要到1975年才問(wèn)世，這個(gè)商業(yè)系列 ROV由Hydro Production公司在1975年到1980年之間研發(fā)，分別推出了 RCV-125和RCV-150 主要任務(wù)是進(jìn)行水下管道的連接和輔助水下鉆井工作。 但是隨后的很長(zhǎng)一段時(shí)間，ROV更主要的是用于軍事用途，用來(lái)完成探測(cè)和 銷毀水雷，比較先進(jìn) 的油美國(guó)的探測(cè)水雷系統(tǒng) RMS (V )、 日本的KAIKO “海溝”號(hào)。法國(guó)的 PAP104、意大禾I」的PLUTO-plus德 國(guó)的企鵝-B3,瑞典的海鷹，加拿大 的開路先鋒等。其中日本的 KAIKO 可以到達(dá)海洋的最深點(diǎn) 10911.4m的馬里亞納海溝。 KAIKO是

7、兩個(gè)潛器系統(tǒng)發(fā)射器通過(guò)12000m 的主光纖與母船相日本Kaiko潛水器 連，通過(guò)250米的二級(jí)電纜與潛器相連接，該潛水器可以在半徑 200m的范圍 內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)，當(dāng)潛器工作時(shí)，KAIKO擁有三個(gè)任務(wù)模式，第一個(gè)是通過(guò)拖拽系統(tǒng) 調(diào)查6500m的海床，二是將海床的研究擴(kuò)展到整個(gè)海洋，第三個(gè)就是為 SHINKAI6500提供救援工作。 我國(guó)國(guó)內(nèi)經(jīng)過(guò)近三十年的發(fā)展已經(jīng)可以自主研發(fā)和生產(chǎn)包括浮游式、爬行式和 拖拽式的各種型號(hào)的ROV。在海洋電纜埋設(shè)方面。2002年中國(guó)沈陽(yáng)自動(dòng)化探究所 研制的第一臺(tái)自走式電纜埋設(shè)機(jī)器人 "CISTAR何以實(shí)現(xiàn)光纜的鋪設(shè)和檢測(cè)維修工 作。2004年我國(guó)上海交通大學(xué)

8、研發(fā)的下潛深度最大的、功能最強(qiáng)的取樣機(jī)器人 海 龍?zhí)枴背晒ο滤?004年該潛水器成功下潛至3500m深海并且測(cè)試成功。 海龍” 號(hào)ROV長(zhǎng)3m ,寬和高都是1.8m ,重達(dá)600m的范圍內(nèi)活動(dòng)。 海龍”號(hào)配備有5 個(gè)各種性能的攝像機(jī)和一臺(tái)靜物監(jiān)視機(jī)，還裝備特殊有水下照明設(shè)備，可在水下照 明范圍大幾百米，其聲納可以在渾濁的水中作業(yè)。海龍?zhí)柵鋫溆袃芍环謩e為 7功能 和5功能的機(jī)械手，可在水面的遙控下進(jìn)行比較復(fù)雜的工作。最大提舉重量達(dá)數(shù)百 公斤。 目前，全世界有將近300家廠商提供各種ROV ,早期的浮游式水下機(jī)器人主 要用來(lái)進(jìn)行觀察和作業(yè)，但是近期由于回收的需要，爬行式機(jī)器人得到了更好的市 場(chǎng)，也成為各領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。