水下机器人1

水下机器人一、摘要摘要: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，又称潜水器。

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。

本文从过去、现在、未来三个时间段介绍了水下机器人，并且就其中的关键技术也简要做了介绍，全方面的认识了水下机器人。

关键字：水下机器人、潜水器、海洋Abstract :No one remote control submersibles, also called the underwater robot. A kind of work in the limit of the underwater robot homework, can submerge instead of people finish some operating, and calls the scuba machine. Underwater environments are dangerous, the person's diving depth is limited, so underwater robot has become an important tool development of ocean. This article from the past, present, and future three time underwater robot is introduced, and the key technology is briefly introduced, all aspects of the understanding of the underwater obot.Key words: underwater robot、scuba machine、ocean二、引言海洋这一广阔的水域，蕴藏着丰富的矿产资源、海洋生物资源和能源，是人类社会可持续发展的重要财富。

研究和合理开发海洋，是对人类的经济和社会发展具有重要的意义。

随着科学技术的发展，人类已经进入了开发和利用海洋的时代。

在各种海洋技术中，作为用在一般潜水技术不可能到达的深度进行综合考察和研究并能完成多种作业的水下机器人，使海洋开发进入了新时代。

从20世纪30年代，美国研制出了第一台现代意义上的潜水器开始，无人遥控潜水器，也称水下机器人，开始进入人类的发展史，虽然只有短短的几十年，但其却发挥了极大的作用，为人类在海洋等水域的探索开发提供了有力的支持。

由于水下机器人目前多用于海洋，故也可称为海洋机器人。

而且水下作业对于人来说是一项危险作业，特别是在深海作业更加的危险，在10000米深的深海中，其压力是地面压力的1000倍，那里是迄今为止人类难以到达的地方。

海底，特别是深海海底对人类还是一个未知世界。

水下机器人主要用于海洋开发、打捞、扫雷、侦察、援潜、救生等。

而在近几十年，水下机器人的发展是非常迅速的。

在信息技术的支持下，其发展趋势向着以下几个方面发展：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。

在这方面，日本与欧洲处于世界研究的前列，而在70年代末，中国工程院院土蒋新松研究员，积极倡导，率先开始了机器人及相关技术的研究与实践。

经过短短的十几年的努力．使我国的水厂机器人技术达到了匡际先进水平。

三、水下机器人的发展阶段1934年，美国研制出下潜934米的载人潜水器。

1953年又研制出无人有缆遥控潜水器。

其后的发展大致经历了三个阶段。

第一阶段从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。

第二阶段1975至1985年是遥控潜水器大发展时期。

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。

第三阶段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。

四、国内外研究现状及分析在机器人这个领域的科学研究，欧美以及日本等发达国家一直走在前沿，在某些方面的技术可以说是已经相当成熟了。

而我国由于历史的原因，起步比较晚，虽然在近几十年里，奋勇直追，也取得了相当可观的成绩，并且在不断的赶超世界先进，但不可否认还是有一定的距离的。

现在通过对几个发达国家水下机器人的发展历程及现状与中国的对比，了解我们和世界顶尖水平的差距，在这种对比中探索水下机器人研究方向。

1、日本1986年日本海洋科技中心便开始研制无人驾驶机器人，直到1990年才完成设计制作，研制出一种叫“海沟号”的无人驾驶潜艇。

“海沟号”长3米，重5.4吨，是缆控式水下机器人，它装有复杂的摄像机、声呐和一对采集海底样品的机械手。

“海沟号”与母船之间采用光缆通信。

由母船发出的信号以及由“海沟号”上的摄像机拍到的实时图像均可通过光缆传输。

“海沟号”由两个部分组成，一个是中继站，它与母船通过一条缆线相连；另外一个是潜水器，它通过光缆与中继站相连。

1995年，“海沟号”创造了世界潜水的最深记录。

深入到达查林海渊的底部，探测水深10903.3米，修正水深10911.4米。

“海沟号”很快成了日本乃至世界海洋科学考察的骄傲。

2、法国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。

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。

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。

3、美国在2007年月底，美国国家航空航天局资助的全自动水下机器人成功地在世界上最深的水下洞穴进行了探测。

这一项目将是未来探测木星卫星木卫二的序曲，科学家们认为木卫二上有液体水形成的海洋。

深井热量探测器（DEPTHX）是一个重约3300磅的计算机化的潜水器，它能够自行作出决定。

深井热量探测器有着超过一百个传感器，三十六个机载计算机和十六个推进器与制动器，它能够决定去哪里、采集哪个样品和如何回家。

自动水下机器人反复下沉到墨西哥的一个神秘的水下洞穴中，以此来试验种种传感器、声纳和其他设备。

这个机器人还获得了众多的水样和天然井壁上胶粘的生物薄膜的样品。

这个电池供电的机器人到达了1099英尺的深度，这个深度要比人类潜水者能够到达的深度还深。

虽然最初有一个数据链，后来深井热量探测器能够自动完成操作，无需一个系链或者人类指导，直到每次完成八小时工作。

4、德国德国不来梅雅各大学如今向人们展示着该校研制的网络控制机器人。

该机器人之前一直深潜在离德国本土约8000公里的加拿大海域，由德国海洋学家通过互联网进行远程操控完成海底探测使命，并传回了大量宝贵的实时探测图像和数据。

这个机器人名为“瓦力”，是2009年12月正式启用的加拿大“海王星”海底观测有线局域网所使用的海底探测器设备之一。

它实际上是一辆装有高清网络摄像头和海底温度、盐度、甲烷含量以及沉淀物特征传感器的深海履带车。

特别之处是它通过一条70米长的缆线与铺设在加拿大温哥华岛附近海底的800千米长的“海王星”光缆网络连接，从而成为一台时刻在线的机器人。

研究人员通过上网电脑就可以指挥“瓦力”执行各种探测和拍摄任务。

德国科学家说，在海底铺设有线局域网并使用“瓦力”这样的在线探测器，为海洋研究、地震监测和海底油气勘测提供了全新的方法。

5、中国中国的水下机器人起步较晚，但经过几十年的努力，在这方面的研究和开发技术取得了丰硕的成果，使中国的水下机器人技术达到了国际先进水平，并且取得了重大应用成果。

中国863计划支持的重大高科技项目CR-01 6000米自治水下机器人，由中俄联合研制。

该机器人经过了三年时间的研制，后又经过一年的工程化改进，使之成为一台可靠性较高的实用样机。

1995年8月，CR-01 6000米无缆自治水下机器人研制成功，是中国机器人的总体技术水平跻身于世界先进行列，成为世界上拥有潜深6000米自治水下机器人的少数国家之一。

中国水下机器人首次在北冰洋海域冰下调查，“大洋一号”科学考察船第21航次自2009年7月18日从广州起航。

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。

这一发现标志着我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。

这一系列的成果都显示了中国在水下机器人这一领域的飞速进步，也进一步要求我们还需加深这方面的研究，缩小与外国先进水平的差距。

五、水下机器人关键技术分析水下机器人主要是用于海洋的探测、开发以及救援等等，因此在海洋这种特殊的环境下，对于水下机器人的要求也会与其他的机器人有些不同，而根据这些特殊问题，也会存在一些特殊的关键技术需要研制者攻克。

比如结构、回收、控制、通讯、能源、密封等问题。

下面就其中几个方面简单的叙述分析一些。

1、结构问题水下作业系统是水下机器人工作系统的核心，没有它，水下机器人充其量只是个观察台架而已。

这样水下机械手就显得尤为的重要，因此在结构分析的时候，就水下机械手的结构作为典型进行较为详细的叙述。

水下机械手的工作对象是空间的自由物体，因此，其抓具必须要有三维空间角坐标的定位动作和三个做不同旋转运动的定向动作，以保证机械手的抓具能以任意轨迹和在任意位置上按所需位姿去接近对象物。