水下机器人发展现状ROV

多功能水下脐带缆夹检测车综述 1 水下机器人是一种可以在水下运行并能够独立完成特定功能的机械设备，通常 可以分为载人水下机器人（Human Occupied Vehicle ，简称 HOV ），遥控机器人 （Remotely Operated Vehicle ，简称 ROV ）和自治无人水下机器人（Autonomous Underwater Vehicle ，简称 AUV ）三类。 AUV 在水下通过各类传感器测量信号，经过机载 CPU 进行处理决策，独立完 成各种操作，例如进行水下机动航行，动力定位，信息采集，水下探测等。通常这 种机器人依靠水声通讯技术与岸基和船基进行联络，或者浮出水面，撑起无线电天 线，与陆基和卫星进行通讯。AUV 的能源完全依靠自身提供，往往自身携带可充 电电池、燃料电池、闭式柴油机等。该类设备优点是活动范围可以不受空间限制， 并且没有脐带缆，不会发生脐带缆与水下结构物缠绕问题，但是水下的续航能力和 负载能力受到自身能源的强烈制约，只能完成一些短程和轻载的工作，而自身的 CPU 处理能力又很大程度上限制了 AUV 所能从事工作的复杂程度。典型的 AUV 有美国海军研究生院的 Phoenix AUV 和性能更优越的 Aries AUV，这两个机器人的 研发主要是为了研究智能控制、规划和导航功能。麻省理工大学 Odyssey II是一种 主要用于海冰检测和标图的机器人。美国新罕布什尔自主水下系统研究所与俄罗斯 远东科学院水下技术研究所联合开发的太阳能自主水下 AUV 正在尝试克服 AUV 的远程续航缺陷。美国的 C.S.Droper 实验室则在仿生 AUV 方面有巨大的突破，代 表产品是仿黄鳍金枪鱼机器人 VCUUV 。 加拿大在 1994 年冰层电缆铺设方面率先采用 AUV 技术，研制出 Theseus AUV，该机器人配备了一块 70kWh 铝氧燃料电池，续航能力达到 36小时。后来 该机器人的能源装置不断升级，到 1997年完成第二代电池试验，续航能力较第一 代显著提高。日本东京生产技术研究所主要致力于水下电缆检测领域，研发出了包 括 Twin-Burger I 型和 II 型、PTEROA150 型和 250 型等多系列电缆铺设和检测维 护 AUV 。 在国内 AUV 的研制主要由两所机构完成，一是一中科院沈阳自动化研 究所为核心，该所与中船重工业集团 702所，哈尔滨工程大学等合作研发出“探索 者 1 号”AUV 等机器人，之后与俄罗斯合作研发了 CR 系列机器人。另一个是以哈 尔滨工程大学为中心，主要研发军用智能机器人。北京航空航天大学致力于仿生机 器鱼的研究，为新推进器技术和新型结构的研究奠定了良好的基础。 遥控机器人（ROV ）能够克服 AUV 的能源动力不足的缺陷，他的能源和控 制指令都由水面控制台提供，通过脐带缆传递给 ROV 。ROV 的有点在于动力充足 可以支撑复杂或大型的探测设备，信息采集和数据传送工作快捷方便，数据采集量 大，由于其操作控制和信号处理等工作全部由水面的计算机和工作站来完成，人机 交互水平高于 AUV ，所以 ROV 的总体决策能力要高于 AUV 。ROV 的致命缺陷 就是自身的生命线脐带缆，在短程操作中问题不大，但是在长距离水下作业中，脐 带缆很容易与水下其他结构发生缠绕，当距离较长时，对 ROV 的动力也是一个很 大的挑战。 ROV 最早的产品是“CURV ” ，该设备由美国研制成功，该机器人被用做打捞 一颗沉没在西班牙外海的一颗失落的海底氢弹而震惊全世界。 CURV-1水下 ROV CURV-2 水下 ROV CURV-3 水下 ROV ROV 的商业化产品则要到 1975 年才问世，这个商业系列 ROV 由 Hydro Production 公司在 1975 年到 1980年之间研发，分别推出了 RCV-125 和 RCV-150 主要任务是进行水下管道的连接和辅助水下钻井工作。 但是随后的很长一段时间，ROV 更主要的是用于军事用途，用来完成探测和 销毁水雷，比较先进 的油美国的探测水雷系统 RMS （V ）、 日本的 KAIKO “海沟”号。法国的 PAP104、意大利的 PLUTO-plus 德 国的企鹅-B3，瑞典的海鹰，加拿大 的开路先锋等。其中日本的 KAIKO 可以到达海洋的最深点 10911.4m 的马里亚纳海沟。 KAIKO 是两个潜器系统发射器通过 12000m 的主光纤与母船相日本 Kaiko 潜水器 连，通过 250 米的二级电缆与潜器相连接，该潜水器可以在半径 200m 的范围 内自由运动，当潜器工作时，KAIKO 拥有三个任务模式，第一个是通过拖拽系统 调查 6500m 的海床，二是将海床的研究扩展到整个海洋，第三个就是为 SHINKAI6500提供救援工作。 我国国内经过近三十年的发展已经可以自主研发和生产包括浮游式、爬行式和 拖拽式的各种型号的 ROV 。在海洋电缆埋设方面。2002年中国沈阳自动化探究所 研制的第一台自走式电缆埋设机器人“CISTAR ”可以实现光缆的铺设和检测维修工 作。2004 年我国上海交通大学研发的下潜深度最大的、功能最强的取样机器人“海 龙号”成功下水，2004 年该潜水器成功下潜至 3500m 深海并且测试成功。 “海龙” 号 ROV 长 3m ，宽和高都是 1.8m ，重达 600m 的范围内活动。“海龙”号配备有 5 个各种性能的摄像机和一台静物监视机，还装备特殊有水下照明设备，可在水下照 明范围大几百米，其声纳可以在浑浊的水中作业。海龙号配备有两只分别为 7功能 和 5 功能的机械手，可在水面的遥控下进行比较复杂的工作。最大提举重量达数百 公斤。 目前，全世界有将近 300家厂商提供各种 ROV ，早期的浮游式水下机器人主 要用来进行观察和作业，但是近期由于回收的需要，爬行式机器人得到了更好的市 场，也成为各领域研究的热点。