水下机器人.doc

水下机器人
无人遥控潜水器，也称水下机器人。它的工作方式是。由水面母船上的工作人员，通过连接潜水器的脐带提供动力，操纵或控制潜水器，通过水下电视、声呐等专用设备进行观察，还能通过机械手，进行水下作业。目前，无人遥控潜水器主要有，有缆遥控潜水器和无缆遥控潜水器两种，其中有缆避控潜水器又分为水中自航式、拖航式和能在海底结构物上爬行式三种。
　　特别是近10年来，无人遥控潜水器的发展是非常快的。从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。特别是l974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。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。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余艘是直接为海上油气开采用的。无人无缆潜水器的发展相对慢一些，只研制出26艘，其中工业用的仅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。
　　1．天人有缆潜水器研制与发展。无人有缆潜水器的研制开始于70年代，80年代进入了较快的发展时期。
　　1987年，日本海弹积。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，不仅有近期的研究项目，而且还有较大型的长远计划。目前，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，完全取代目前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，比现在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。
　　无人有缆潜水器的发展趋势有以下见点：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。
　　2.无人无线潜水器的研制与发展。
　　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。 1688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。据报导，在1993年前，这种穿越北极冰层的无人无缆潜水器将会问世，美国将建造两艘，英国也建造两艘，瑞典将建造一艘。
　　系列产品及其主要技术参数
　　VideoRay Scout
　　系　统: 深　度: 最大工作水深76米
　　速　度: 最大行进速度0.98米/秒
　　潜　器: 摄像头： 420线分辨率、0.3lux彩色摄像头(广角、固定焦距)
　　照明灯: 2个20W卤素灯，灯光可调
　　脐带缆: 40米零浮力脐带缆
　　控制台: 显　示: 5寸液晶显示屏
　　输　出: 有视频输出接口,可接记录设备
　　选　件: 加长脐带缆、TDS脐带缆收放系统、12伏800瓦逆变器、便携式电源包、现场维修备件包。
　　VideoRay Explorer
　　系　统： 深　度： 最大工作水深76米；可自动定深
　　速　度： 最大行进速度0.98米/秒
　　潜　器: 摄像头: 570线分辨率、0.3lux彩色摄像头(广角可调焦)；180度俯仰“摇头”
　　照明灯: 2个20瓦卤素灯
　　传感器： 深度压力传感器、罗经、开机时间累加计数器
　　脐带缆： 76米零浮力脐带缆
　　控制台： 显　示： 5寸液晶显示屏
　　输　出： 有视频输出接口，可接记录设备
　　选　件： 加长脐带缆、TDS脐带缆收放系统、12伏800瓦逆变器、便携式电源包、现场维修备件包。
　　VideoRay Pro
　　系　统： 深　度： 最大工作水深152米；可自动定深
　　速　度： 最大行进速度1.34米/秒
　　潜　器: 摄像头: 前面:570线分辨率、0.3lux彩色(广角可调焦)摄像头；180 度俯仰“摇头”；
　　后面:430线分辨率、0.1lux黑白摄像头
　　照明灯: 前面:2个20瓦卤素灯
　　后面:超高亮度LED灯阵
　　传感器: 深度压力传感器、罗经、开机时间累加计数器
　　其　它： 有传感器接口
　　脐带缆： 76米零浮力脐带缆
　　控制台： 显　示： 用户自行配置显示器
　　输　出： 有视频输出接口，可接显示、记录设备
　　选　件： 加长脐带缆、TDS脐带缆收放系统、12伏800瓦逆变器、便携式电源包、100毫米大推力水平推进器、15寸大屏幕显示器、大浮材(用于增加传感器)、计算机(无线或互联网)控制、音频注释系统、记录设备、机械手、目标尺度估计激光器、专业电池包、现场维修备件包、定位系统、图像声纳、辐射传感器、金属测厚计、多参数水质检测传感器等。
　　VideoRay Pro3 XE
　　系　统： 深　度： 最大工作水深152米；可自动定深
　　速　度： 最大行进速度1.34米/秒
　　电　源： 包含12VDC、800瓦逆变器，可用直流供电
　　潜　器: 摄像头: 前面:570线分辨率、0.3lux彩色(广角可调焦)摄像头；180 度俯仰“摇头”；
　　后面:430线分辨率、0.1lux黑白摄像头
　　照明灯: 前面:2个20瓦卤素灯
　　后面:超高亮度LED灯阵
　　传感器: 深度压力传感器、罗经、开机时间累加计数器
　　其　它： 包含大浮材(用于增加传感器)、有传感器接口
　　脐带缆： 116米零浮力脐带缆；包含TDS脐带缆收放系统
　　控制台： 显　示： 15寸液晶显示屏
　　输　出： 有视频输出接口，可接显示、记录设备
　　记　录： 包含记录设备，需要但不包含笔记本
　　其　它： 包含计算机控制、无线控制
　　选　件： 加长脐带缆、便携式电源包、100毫米大推力水平推进器、音频注释系统、机械手、目标尺度估计激光器、专业电池包、现场维修备件包、定位系统、图像声纳、辐射传感器、金属测厚计、多参数水质检测传感器等。
　　ＶideoRay Pro3 XE GTO与VideoRay Pro3 XE性能一样，区别在于Pro3 XE GTO上安装的是100毫米的大推力水平推进器，相应的机器人最大行进速度达到2.10米/秒并且选件中可加多波束声纳.
　　VideoRay Deep Blue XE
　　系　统: 深　度： 最大工作水深305米；可自动定深
　　速　度: 最大行进速度2.10米/秒
　　电　源: 包含12VDC、800瓦逆变器，可用直流供电
　　潜　器： 摄像头： 前面:570线分辨率、0.3lux彩色(广角可调焦)摄像头；180 度俯仰“摇头”范围；
　　后面:430线分辨率、0.1lux黑白摄像头
　　照明灯: 前面:2个20瓦卤素灯；后面：超高亮度LED灯阵；灯光都可调
　　推进器： 两个水平推进器直径100毫米
　　传感器： 深度压力传感器、罗经、开机时间累加计数器
　　其　它： 包含大浮材、传感器接口、专业电池包
　　脐带缆： 345米脐带缆：其中305米负浮力脐带缆，40米零浮力脐带缆；包含TDS脐带缆收放系统
　　控制台： 显　示： 15寸液晶显示屏
　　输　出： 有视频输出接口，可接显示、记录设备
　　记　录： 包含记录设备，需要但不包含笔记本
　　其　它： 包含计算机控制、无线控制
　　选　件： 加长脐带缆、现场维修备件包、便携式电源包、音频注释系统、机械手、目标尺度估计激光器、多波束或多频图像声纳、定位系统、金属测厚计、辐射传感器、YSI水质检测传感器等。
　　M1000 ROV
　　系　统： 深　度： 最大工作水深300米
　　速　度： 最大行进速度1.54米/秒
　　电　源： 100~240VAC(50/60Hz)，最大功率1800W
　　潜　器: 摄像头: 480线分辨率、0.01lux低照度彩色摄像头，带云台
　　600线分辨率、0.0003Lux高分辨率黑白摄像头，带云台
　　照明灯: 2个75瓦照明灯，灯光可调
　　推进器： 四个无刷推进器(单推进器推力0~7.5公斤，推力可调)
　　负　载： 2.3公斤
　　脐带缆： 150米零浮力脐带缆
　　控制台： 显　示： 15寸液晶显示屏
　　优　点： 框架式结构、无刷直流磁偶合推进器、摄像头都带云台控制功能、可自动定深和自动定向
　　选　件： 加长脐带缆、脐带缆收放系统、声纳、机械手、推进器、备件包
　　应 用:
　　小型遥控水下机器人已广泛用于：
　　1. 管道、容器检查:
　　市政饮用水系统中水罐、水管、水库检查；
　　排污/排涝管道、下水道检查；
　　海洋输油管道检查；
　　跨江、跨河管道检查；
　　2. 船舶、河道、海洋石油:
　　船体检修；水下锚、推进器、船底探查；
　　码头及码头桩基、桥梁、大坝水下部分检查；
　　航道排障、港口作业；
　　钻井平台水下结构检修、海洋石油工程；
　　3. 科学研究、教学:
　　水环境、水下生物的观测、研究和教学；
　　海洋考察；
　　冰下观察；
　　4. 水下娱乐:
　　水下电视拍摄、水下摄影；
　　潜水、划船、游艇；
　　看护潜水员,潜水前合适地点的选择；
　　5. 能源:
　　核电站反应器检查、管道检查、异物探测和取出；
　　水电站船闸检修；
　　水电大坝、水库堤坝检修(排沙洞口、拦污栅、泄水道检修)；
　　6. 安全:
　　检查大坝、桥墩上是否安装爆炸物以及结构好坏情况；
　　遥控侦察、危险品靠近检查；
　　水下基阵协助安装/拆卸；
　　船侧、船底走私物品检测(公安、海关)；
　　水下目标观察，废墟、坍塌矿井搜救等；
　　搜寻水下证据(公安、海关)；
　　海上救助打捞、近海搜索；
　　7. 考古:
　　水下考古、水下沉船考察；
　　8. 渔业:
　　深水网箱渔业养殖，人工渔礁调查
　　目前，无人无缆潜水器尚处于研究、试用阶段，还有一些关键技术问题需要解决。今后，无人无缆潜水器将向远程化、智能化发展，其活动范围在250～5000公里的半，径内。这就要求这种无人无缆潜水器有能保证长时间工作的动力源。在控制和信息处理系统中，采用图像识别、人工智能技术、大容量的知识库系统，以及提高信息处理能力和精密的导航定位的随感能力等。如果这些问题都能解决了，那么无人无缆潜水器就能是名符其实的海洋智能机器人。海洋智能机器人的出现与广泛使用，为人类进入海洋从事各种海洋产业活动提供了技术保证