水下自动机器人的介绍

1. 水下自动机器人的介绍

水下自动机器人是一种非常适合于海底搜索、调查、识别和打捞作业的既经济又安全的工具。在军事上，水下自动机器人亦是一种有效的水中兵器。与载人潜水器相比较，它具有安全（无人）、结构简单、重量轻、尺寸小、造价低等优点。而与遥控水下机器人（ROV ）相比，它具有活动范围大、潜水深度深、不怕电缆缠绕、可进入复杂结构中、不需要庞大水面支持、占用甲板面积小和成本低等优点。水下自动机器人代表了未来水下机器人技术的发展方向，是当前世界各国研究工作的热点

2. 水下机器人的应用领域

介绍国外水下机器人技术的应用前景

3. 水下自动机器人的历史

美国海军研制的AUV－AUSS水下机器人也称作潜水器(Underwater Vehicles)，诞生于20世纪50年代初。美国海军研制的AUV－AUSS水下机器人的种类很多，其中载人潜水器、有缆遥控水下机器人(ROV)、水下自动机器人（AUV）是三类最重要的潜水器。回顾水下机器人的发展历史，我们从中可以看到人类征服海洋的进程。最早出现的潜水器是载人潜器，这是人们在设计潜水球和潜艇微型化的基础上研制出来的，主要是替代潜水员在深海中进行潜水作业，可进行海洋考察、打捞、水下作业和救生。20 世纪50 年代末期，美国华盛顿大学开始建造第一艘无缆水下机器人——“SPURV”，这艘AUV 主要用于水文调查。从60 年代中期起，人们开始对无缆水下机器人产生兴趣。但是，由于技术上的原因，致使AUV 的发展徘徊多年。随着电子、计算机等新技术的飞速发展及海洋工程和军事方面的需要，AUV再次引起国外产业界和军方的关注。进入20世纪90 年代，AUV 技术开始逐步走向成熟。

4. 水下机器人的作用是什么？

无人遥控潜水器，也称水下机器人，一种工作于水下的极限作业机器人，能潜入水中代替人完成某些操作。水下环境恶劣危险，人的潜水深度有限，所以水下机器人已成为开发海洋的重要工具。

5. 水下机器人的结构功能

典型的遥控潜水器是由水面设备（包括操纵控制台、电缆绞车、吊放设备、供电系统等）和水下设备（包括中继器和潜水器本体）组成。潜水器本体在水下靠推进器运动，本体上装有观测设备（摄像机、照相机、照明灯等）和作业设备（机械手、切割器、清洗器等）。  潜水器的水下运动和作业，是由操作员在水面母舰上控制和监视。靠电缆向本体提供动力和交换信息。中继器可减少电缆对本体运动的干扰。新型潜水器从简单的遥控式向监控式发展，即由母舰计算机和潜水器本体计算机实行递阶控制，它能对观测信息进行加工，建立环境和内部状态模型。操作人员通过人机交互系统以面向过程的抽象符号或语言下达命令，并接受经计算机加工处理的信息，对潜水器的运行和动作过程进行监视并排除故障。开始研制智能水下机器人系统。操作人员仅下达总任务，机器人就能根据识别和分析环境，自动规划行动、回避障碍、自主地完成指定任务。 无人有缆潜水器的发展趋势有以下优点：一是水深普遍在6000米；二是操纵控制系统多采用大容量计算机，实施处理资料和进行数字控制；三是潜水器上的机械手采用多功能力反馈监控系统：四是增加推进器的数量与功率，以提高其顶流作业的能力和操纵性能。此外，还特别注意潜水器的小型化和提高其观察能力。

6. 水下机器人主要有几类？

水下机器人的种类很多，主要有三大类：载入潜器、有缆水下机器人和无缆水下机器人。其中光缆水下机器人由于具有与母船之间没有电缆连接、活动范围大、成本低等优点，成为当前海洋科技界的一个研究热点。


我国第一台水下无缆机器人探索者号是在1990年开始研制的，并于1994年开发成功。探索者号的最大工作深度为1000米，最大航速4节，采用充油铅酸电池做动力。探索者号的整体技术性能已达到世界先进水平，此类机器人在当时世界上仅有20余艘。在探索者号的基础之上，1995年我国又研制开发了“CR-01”无缆水下机器人。“CR-01”的工作深度达到6000米，最大航速2节，续航能力大于6小时，防碰范围60米，侧扫声纳覆盖范围2×350米，这个机器人已达到世界先进水平。

7. 水下机器人的发展历程

从1953年至1974年为第一阶段，主要进行潜水器的研制和早期的开发工作。先后研制出20多艘潜水器。其中美国的CURV系统在西班牙海成功地回收一枚氢弹，引起世界各国的重视。 1953年第一艘无人遥控潜水器问世，到1974年的20年里，全世界共研制了20艘无人遥控潜水器。特别是1974年以后，由于海洋油气业的迅速发展，无人遥控潜水器也得到飞速发展。无人有缆潜水器的研制80年代进入了较快的发展时期。1975至1985年是遥控潜水器大发展时期。到1981年，无人遥控潜水器发展到了400余艘，其中90%以上是直接；或间接为海洋石油开采业服务的。海洋石油和天然气开发的需要，推动了潜水器理论和应用的研究，潜水器的数量和种类都有显著地增长。载人潜水器和无人遥控潜水器（包括有缆遥控潜水器、水底爬行潜水器、拖航潜水器、无缆潜水器）在海洋调查、海洋石油开发、救捞等方面发挥了较大的作用。1985年，潜水器又进入一个新的发展时期。80年代以来，中国也开展了水下机器人的研究和开发，研制出“海人”1号(HR-1)水下机器人，成功地进行水下实验。 1988年，无人遥控潜水器又得到长足发展，猛增到958艘，比1981年增加了110%。 这个时期增加的潜水器多数为有缆遥控潜水器，大约为800艘上下，其中420余艘是直接为海上池气开采用的。无人无缆潜水器的发展相对慢一些，只研制出26艘，其中工业用的仪8艘，其他的均用于军事和科学研究。另外，载人和无人混合理潜水器在这个时期也得到发展，已经研制出32艘，其中 28艘 用于工业服务。1980年法国国家海洋开发中心建造了“逆戟鲸”号无人无缆潜水器，最大潜深为6000米。“逆朗鲸”号潜水器先后进行过130多次深潜作业，完成了太平洋海底锰结核调查海底峡谷调查、太平洋和地中海海底电缆事故调查、洋中脊调查等重大课题任务。1987年，法国国家海弹开发中心又与一家公司合作，共同建造“埃里特”声学遥控潜水器。用于水下钻井机检查、海底油机设备安装、油管辅设、锚缆加固等复杂作业。这种声学遥控潜水器的智能程度要比“逆戟鲸”号高许多。 1987年，日本海事科学技术中心研究成功深海无人遥控潜水器“海鲀3K”号，可下潜3300米。研制“海鲀3K”号的目的，是为了在载人潜水之前对预定潜水点进行调查而设计的，供专门从事深海研究的，同时，也可利用“海鲀3K”号进行海底救护。“海鲀3K”号属于有缆式潜水器，在设计上有前后、上下、左右三个方向各配置两套动力装置，基本能满足深海采集样品的需要。1988年，该技术中心配合“深海6500”号载人潜水器进行深海调查作业的需要，建造了万米级无人遥控潜水器。这种潜水器由工作母船进行控制操作，可以较长时间进行深海调查。这种潜水器可望在1992年内建成，总投资为40亿日元。日本对于无人有缆潜水器的研制比较重视，不仅有研究项目，而且还有较大型的长远计划。1988年，美国国防部的国防高级研究计划局与一家研究机构合作，投资2360万美元研制两艘无人无缆潜水器。1990年，无人无缆潜水器研制成功，定名为“UUV”号。这种潜水器重量为6.8吨，性能特别好，最大航速10节，能在44秒内由0加速到10节，当航速大于3节时，航行深度控制在土1米，导航精度约0.2节/小时，潜水器动力采用银锌电池。这些技术条件有助于高水平的深海研究。另外，美国和加拿大合作将研制出能穿过北极冰层的无人无缆潜水器。中国水下机器人2009年首次在北冰洋海域冰下调查。“大洋一号”科学考察船第21航次就在开始不久的第三航段考察中，“大洋一号”首次使用水下机器人“海龙2号”在东太平洋海隆“鸟巢”黑烟囱区观察到罕见的巨大黑烟囱，并用机械手准确抓获约7千克黑烟囱喷口的硫化物样品。这一发现标志着中国成为国际上少数能使用水下机器人开展洋中脊热液调查和取样研究的国家之一。依靠“大洋一号”船的精确动力定位，中国自主研制的水下机器人“海龙2号”准确降落抵达“鸟巢”黑烟囱区海底，并展开了摄像观察、热液环境参数测量。 2012年10月，中国首款“功能模块”理念智能水下机器人问世。哈尔滨工程大学船舶工程学院5人团队，在指导教师张铁栋带领下，依托水下机器人国防重点实验室，历时一年自主设计出国内首款“多功能智能水下机器人”，首次将“功能模块”理念应用于水下机器人领域。该款机器人可根据需要选择不同模块随时“换芯”、随时变身，可应对各种复杂水下作业。这款机器人获得首届“全国海洋航行器设计与制作大赛”实物制作类特等奖。该项目中自主研发应用的永磁式平面磁传动推进器、永磁式平面磁传动机械手、改装水密接插件均属国内首创，具有重要的推广价值。  2012年日本正在实施一项包括开发先进无人遥控潜水器的大型规划。这种无人有缆潜水器系统在遥控作业、声学影像、水下遥测全向推力器、海水传动系统、陶瓷应用技术水下航行定位和控制等方面都要有新的开拓与突破。这项工作的直接目标是有效地服务于200米以内水深的油气开采业，完全取代由潜水人员去完成的危险水下作业。在无人有缆潜水技术方面，始终保持了明显的超前发展的优势。根据欧洲尤里卡计划，英国、意大利将联合研制无人遥控潜水器。这种潜水器性能优良，能在6000米水深持续工作250小时，比正在使用的只能在水下4000米深度连续工作只有l2小时的潜水器性能优良的多。按照尤里卡EU-191计划还将建造两艘无人遥控潜水器，一艘为有缆式潜水器，主要用于水下检查维修；另一艘为无人无缆潜水器，主要用于水下测量。这项潜水工程计划将由英国；意大利、丹麦等国家的l7个机构参加。英国科学家研制的“小贾森”有缆潜水器有其独特的技术特点，它是采用计算机控制，并通过光纤沟通潜水器与母船之间的联系。母船上装有4台专用计算机，分别用于处理海底照相机获得的资料，处理监控海弹环境变化的资料，处理海面环境变化的资料，处理由潜水器传输回来的其他有关技术资料等。母船将所有获得的资料。经过整理，通过微波发送到加利福尼亚太平洋格罗夫研究所的实验室，并贮存在资料库里。2015年3月19日，中国自主建造的首艘深水多功能工程船——海洋石油286进行深水设备测试，首次用水下机器人将五星红旗插入近3000米水深海底，这是国内首次用水下机器人将五星红旗插入近3000米水深的南海。

8. 为什么要发明水下机器人

主要用于深海科学研究，像地质勘探、深海生物研究之类。
主要是节省成本。海洋研究的成本很高，水下机器人可以代替人完成深海摄像和采集标本等工作，探测器上不用加装生命维持系统，大大节省海洋探测的成本。
其次是水下机器人的先进技术可以应用于军事方面。