水下作业型机械手的关键技术及发展趋势研究
机械手的研究现状和发展趋势
机械手的研究现状和发展趋势概述及现状:机械手是一种模拟人手操作的自动机械。
它可按固定程序抓取、搬运物件或操持工具完成某些特定操作。
应用机械手可以代替人从事单调、重复或繁重的体力劳动，实现生产的机械化和自动化，代替人在有害环境下的手工操作，改善劳动条件，保证人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
20世纪40年代后期，美国在原子能实验中，首先采用机械手搬运放射性材料，人在安全间操纵机械手进行各种操作和实验。
50年代以后，机械手逐步推广到工业生产部门，用于在高温、污染严重的地方取放工件和装卸材料，也作为机床的辅助装置在自动机床、自动生产线和加工中心中应用，完成上下料或从刀库中取放刀具并按固定程序更换刀具等操作。
机械手主要由手部和运动机构组成。
手部是用来抓持工件(或工具)的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。
运动机构，使手部完成各种转动(摆动)、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。
运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。
为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有 6个自由度。
自由度是机械手设计的关键参数。
自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。
一般专用机械手有2,3个自由度。
机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手;按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种;按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。
机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。
有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。
发展前景及方向:1 重复高精度精度是指机器人、机械手到达指定点的精确程度, 它与驱动器的分辨率以及反馈装置有关。
水下机器人技术的发展
水下机器人技术的发展随着科技的不断进步，人们对水下机器人技术的需求越来越多。
水下机器人技术主要应用于海底勘探、水下工程、水下考古、水下科学研究等领域，对人类社会的发展起到了十分重要的作用。
本文将从水下机器人技术的发展历程、目前的应用领域、未来的发展方向等几个方面来探讨这一话题。
一、水下机器人技术的发展历程水下机器人技术的起源可以追溯到上世纪50年代。
当时，美国开始了一个名为“蒸汽笛号”（Whale）的水下探测计划，旨在开发一种能够在水下执行任务的机器人。
这项计划最终成功地研制出了第一代水下机器人“万能号”（Man-in-the-Sea）。
自此之后，水下机器人技术开始逐步发展起来。
在过去的几十年，水下机器人技术得到了长足的进展。
特别是在海底石油勘探、水下考古、水下维修等领域，水下机器人已经成为了不可缺少的工具。
据统计，截至2018年，全球已经有超过4000台水下机器人投入使用，其中包括了着名的“深渊探测器”、“探索”号以及“革命”号等。
二、目前的应用领域目前，水下机器人技术的应用领域非常广泛。
以下是一些主要的应用领域。
1.海洋资源勘探水下机器人技术在海洋资源勘探方面有着广泛的应用。
通过使用水下机器人，人们可以快速检测出海中地形的变化、水下矿床及海洋生物的分布情况，为海洋资源开发提供了重要的数据支持。
2.水下工程水下机器人技术在水下工程方面也有着十分广泛的应用。
使用水下机器人可以避免人员直接下潜的危险性，同时可以大大提高工作效率。
当前，水下机器人在海底油井维修、水下管道铺设、水下桥梁安装等方面的应用越来越广泛。
3.水下考古水下机器人技术也可以应用于水下考古领域。
通过使用水下机器人，可以对古代遗址、沉船遗址等进行三维扫描，提取详细的数据，同时也可以大大降低人员的安全风险。
4.水下科学研究水下机器人在水下生物研究、海洋环境监测、海底地质研究等方面也有着重要的应用价值。
比如，水下机器人可以用来探测深海生物、水下火山的分布情况等等。
水下机器人技术的应用与发展趋势
水下机器人技术的应用与发展趋势随着科技的不断发展，水下机器人技术已经逐渐成为了未来探索海洋、开发海洋资源、保护海洋环境等领域的重要工具。
本文将从水下机器人技术的概念、应用场景、技术特点、发展趋势等多个方面进行探讨。
概念解析水下机器人，又称为水下无人机，是一种在水下进行勘探、观测、维修等任务的机器人。
其优势在于可以在人类无法到达的水下环境中执行操作，且不受水压和水温等影响。
水下机器人分为有线控制和自主运行两种。
有线控制的机器人需要通过电缆与地面的操控设备相连，而自主运行的机器人则可以自己判断并执行任务。
应用场景水下机器人在海洋勘探、海底考古、海洋环境监测等方面有广泛应用。
在石油、天然气开发方面，水下机器人可以在海底巡检和维护井口设备，还可以在海底进行探测和勘探工作。
在海底考古方面，水下机器人可以通过各种传感器进行数据采集和图像记录，帮助研究者理解古代文明的历史和文化。
在海洋环境监测方面，水下机器人可以监测海底的地形、地质活动、水文和生物等情况，帮助科学家更好地理解海洋和生物之间的相互作用。
此外，水下机器人还可以用于海洋生态修复、农业、水产养殖、水下采矿等多个领域。
技术特点水下机器人技术有着自身的特点，具体包括以下几个方面。
(1) 远距离控制: 由于水下机器人工作环境的特殊性，远程控制成为其主要的操控方式。
远程控制需要通过有线或者无线通讯实现，通讯性能和可靠性的提升将会直接影响到水下机器人的应用效果。
(2) 高强度材料: 水下机器人工作在水下高压和海流等较复杂环境下，需要具备承受外力作用的能力。
因此，在水下机器人相关的材料制备和结构设计中，需要采用高强度、高韧性、耐腐蚀的材料。
(3) 精密测量技术: 在水下机器人处理读取传感器数据的过程中，需要有较高的测量精度和信噪比。
目前，水下机器人采用的测量技术主要包括声纳、激光雷达和摄像头等。
发展趋势随着水下机器人技术的不断进步和发展,其应用范围将会越来越广泛。
水下机器人发展现状
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.我们可以通过大量的国际会议了解到当前国际上水下机器人研究发展的这种趋势。
更深——向深海发展地球上97%的海洋深度在6000 米以上，称之为深海。
研制6000 米的潜水器是许多国家的目标。
美国、俄罗斯、法国、中国等都拥有自己的6000 米级的AUV。
尽管ROV 和载人潜器也能达到这个深度，但发展水下自动机器人比其它潜器的造价要低得多，更经济。
更远——向远程发展水下自动机器人的分类方法有几种，其中一种是按照航程的远近分为远程和近程两类。
所谓远程是指水下自动机器人一次补充能源连续航行超过100 海里以上，而小于100海里称为近程。
远程水下自动机器人涉及的关键技术包括能源技术、远程导航技术和实时通信技术。
因此，许多研究机构都在开展上述关键技术的研究工作，以期获得突破性的进展。
也只有在上述关键技术解决后，才能保证远程AUV 计划的实施。
功能更强大——向作业型及智能化方向发展现阶段的水下自动机器人只能用于观察和测量，没有作业能力，而且智能水平也不高。
将来的水下自动机器人将引入人的智能，更多地依赖传感器和人的智能。
还要在水下自动机器人上安装水下机械手，使水下自动机器人具有作业能力，这是一个长远的目标。
水下机器人技术及其应用实例分析
水下机器人技术及其应用实例分析近年来，水下机器人技术逐渐走进人们的视线，这种现代化的技术不仅在工业生产中大展拳脚，同时也在深海探测、环境监测、海洋拓展等方面发挥着越来越重要的作用。
水下机器人技术是指一种能够在水下环境下工作及自主完成各种任务的电子机器设备，包括无人潜水器、机器人、无人机船等。
本文将从水下机器人的组成结构、应用场景以及现实应用实例等方面展开分析。
一、水下机器人的组成结构水下机器人的整体结构主要由外壳、摄像头、照明器、液晶显示器、电机、电器、控制系统等组成。
其中，外壳是用于保护电路和电子设备的核心部分，主要承担起防水和抗压的作用；摄像头和照明灯是用于拍摄和照明的，能够快速获取水下信息，实时回传数据；液晶显示器和控制面板是用于显示电路和控制的操作面板，能够直观地了解水下机器人的状态。
除此之外，还需要安装相应的控制系统和软件，以实现对水下机器人的操作与控制。
二、水下机器人的应用场景水下机器人能够完成各种任务，如水下探测、海洋资源勘探、水下搜救、水下拆弹等。
在海洋勘探方面，水下机器人可以快速检测那些人类无法到达的深海油气资源；搜救中，水下机器人能够快速定位受困人员的具体位置，提高搜救的成功率；水下拆弹方面，还可以用于探测隐蔽下降在水下的敌对水雷等。
三、水下机器人的现实应用实例1、搜救：在2014年的马来西亚MH370飞机失事事件中，无人潜水器就承担起了寻找飞机残骸的任务，这使得整体搜索过程更为高效且安全。
2、海洋勘探：挪威斯塔托石油公司2019年在北海的施鲁斯堡油气田对深海钻探进行了尝试，任务使用了该公司最新的海洋科技。
二维和三维空间信息的处理等设施可远程控制一个自主的水下机械手，该机械手可以执行对岸设施无法完成的操作。
3、科学研究：2018年，中国科学家在距离西班牙近万公里的海底，通过控制水下机器人轻松完成了跨越太平洋向美洲拓展塔斯曼海种床的目标。
这为随后的海底地壳实验提供了奠基性的工具。
浅水水下机器人设计与控制技术工程研究
浅水水下机器人设计与控制技术工程研究一、本文概述随着海洋资源的日益重要和海洋探索的深入发展，浅水水下机器人作为一种重要的海洋探测工具，其设计与控制技术的研究显得尤为关键。
本文旨在探讨浅水水下机器人的设计与控制技术，分析当前的研究现状，并展望未来的发展趋势。
文章首先介绍了浅水水下机器人的定义、分类和应用领域，然后重点阐述了其设计与控制技术的核心要素，包括机械结构设计、动力系统设计、控制系统设计以及导航与定位技术等。
文章还讨论了浅水水下机器人在实际应用中面临的挑战和解决方案，如环境适应性、能源效率、操作稳定性等问题。
文章对浅水水下机器人的未来发展进行了展望，提出了可能的研究方向和技术创新点，以期为推动浅水水下机器人的设计与控制技术的发展提供参考和借鉴。
二、浅水水下机器人设计浅水水下机器人的设计是一个复杂且多学科的挑战，它要求结合机械、电子、通信和控制工程等多个领域的知识。
在设计过程中，必须考虑到各种环境因素，如水深、水流、水质、水温、光照条件以及可能遇到的障碍物等。
结构设计：浅水水下机器人的结构设计必须确保其在水下的稳定性和耐用性。
通常，机器人会被设计成流线型以减少水流阻力，并使用耐腐蚀的材料以防止海水侵蚀。
还需要设计合适的密封结构，以确保机器人的防水性能。
动力系统：动力系统的选择对于浅水水下机器人的性能至关重要。
通常，浅水水下机器人会采用推进器或螺旋桨作为动力来源，以驱动机器人在水下移动。
还需考虑能源供应问题，如使用电池或燃料电池等。
感知与导航系统：为了实现对环境的感知和导航，浅水水下机器人通常会配备各种传感器，如摄像头、声纳、雷达等。
这些传感器可以帮助机器人感知周围环境，识别障碍物，并实现自主导航。
通信与控制系统：通信与控制系统是浅水水下机器人的核心。
通过无线通信技术，机器人可以与地面站进行数据传输和指令接收。
控制系统则负责解析指令，并控制机器人的运动和行为。
任务模块：根据具体的应用场景，浅水水下机器人还可以设计各种任务模块，如采样器、摄像机、探测器等。
2024年水下机器人市场分析现状
2024年水下机器人市场分析现状引言水下机器人是指一类能在水下环境中进行任务的自主机器人。
随着科技的不断发展，水下机器人在海洋科学研究、海底资源开发、海洋救援等领域的应用越来越广泛。
本文将对水下机器人市场的现状进行分析。
水下机器人的分类水下机器人可分为自主式和遥控式两类。
自主式水下机器人具备独立执行任务的能力，通常可以在无人指挥的情况下完成任务；遥控式水下机器人则需要由人类操作员通过遥控器进行控制。
在市场中，自主式水下机器人的发展前景更为广阔，其具备更高的自主性和智能性，能够适应更复杂的任务环境。
水下机器人市场规模根据市场研究机构的数据，水下机器人市场规模逐年增长。
据预测，到2025年，水下机器人市场规模将达到200亿美元。
市场规模的增长主要受到海洋资源开发和海洋科学研究的推动。
随着全球各国对海洋资源的争夺加剧，水下机器人在深海矿产勘探、海底油气开发等领域的需求将继续增长。
水下机器人应用领域水下机器人有广泛的应用领域。
在海洋科学研究方面，水下机器人可以进行海底地形测绘、水质监测、海洋生物观察等任务，为科学家提供丰富的海洋研究数据。
在海洋资源开发方面，水下机器人可以进行深海矿产勘探、海底油气管道维修等任务，提高资源开发的效率和安全性。
在海洋救援方面，水下机器人可以进行海上溢油事故应急救援、潜水员搜救等任务，提供重要的救援支持。
水下机器人市场竞争态势目前，水下机器人市场竞争日趋激烈。
主要的竞争者包括海洋工程公司、航天航海研究机构和机器人技术企业。
这些企业通过技术创新和产品升级来提高市场竞争力。
同时，随着市场需求的增长，新兴企业也逐渐涌现，为市场带来更多的选择。
水下机器人市场发展趋势随着科技的不断进步，水下机器人市场有望呈现以下几个发展趋势：1.自主性增强：随着人工智能和机器学习等技术的发展，水下机器人将具备更高的自主决策和智能感知能力，能够应对更复杂的任务环境。
2.多传感器融合：水下机器人将通过融合多种传感器，如声纳、摄像机和激光雷达等，提高对水下环境的感知能力，从而更好地执行任务。
智能化水下机械手的研究
和 软件 组成 。 着 通 过 对 水 下机 械 手 进 行 数 学建 模 ， 接 阐述 了抓 取 操 作 的 工作 原 理 ， 并给 出 了
一
个 抓 取 过 程 的 实 例 曲 线
关键 词 ： 下 机 械 手 ： 信 息 ：抓 取 水 力
中 图分 类 号 ： ２ ３ ＴＰ ７ 文献 标 志码 ： Ａ
（ ． ｐ ｒｍｅ ｔ ｆ Ｃ ｍｐ ｔｒ １Ｄｅ ａｔ ｎ ｏ ｏ ｕｅ Ｅｎ ｉｅｒｎ ， Ａｎ ｕ Ｕｎｖｒｉ ｏ ｃ ｉ ｃｕｅ， Ｈｅ ｉ ３ ６ ， Ｃ ｉａ ２Ｄｅ ａｔ ｎ ｏ ｇｎ ｅｉｇ ｈｉ ｉｅｓｔ ｆ Ａｒｈｔ ｔｒ ｙ ｅ ｏ ｆ ２ ０ ０１ ｈｎ ； ． ｐ ｒ ｍｅ ｔ ｆ
ｎｎ ｎ ｂｅｔ ｔ ｅ ｕｇｎ． ｉｔ ，ｔｅｄｖｌ ｍｅｔ ｔｕ ｎ ｘ ｔ ｇｐｏｌｍ ｆｕｄ ｒａ ｒｍ ｎｐ ｌｏ ａ ｄ— ｉ ａｄ ｏｊｃｓ ｙ ｓｊｄｉｇ Ｆｒ ｌ ｈ ｅｅ ｐ ｎ ｓ ｔｓａ ｄｅｉｉ ｒｂｅ ｓｏ ｎ ｅ ｔ ａ ｉ ａ ｒｗ ｓ ｅ ｇ ｐ ｓｙ ｏ ａ ｓｎ ｗ ｅ ｕｔ
国科 学 院 合 肥 智 能机 械 研 究所 ， 肥 ２ ０ ３ ） 合 ３ ０ １
摘 要 ： 下机 械 手 的研 究和 设 计 对 水 下机 器人 的 应 用 和 发 展 具 有 重要 的 影 响 ， 智 能 化 水 水 而
水下机器人关键技术研究
夸■疆 道
_ _ l _ ● _ _ _
S p
_
e c
_
ia l
● _ l l
R
_
e
l
po
_ _
r
_
ts
_ _
1
它 是 高层 控 制 实
图2 东 京 大 学 生 产 技 术 研 究所 研 制 的小型水 下 智 能机 器 人 淡 探
“
◆
”
图 3 英 国开 发的螺 旋桨方式推进 的水 下 机 器 人AI 嘲 肛 1 AUv
。
’
一
：
i
^
，
寺j i 譬
。
和
一
一
{0 l
1 1
0
i
：
栏 目主 持：艳
涛
Ｐ具 ２ 仿生推 进技 术 欧米加 导航精 度低 、覆盖 面积 有 限，而Ｇ Ｓ 有全球 较 ）
。
机 器 人 推 进 技术包 括螺 旋 桨 方 式和 仿 生 推进 技术 两 种
1
丰
) 螺 旋 桨方 式
一
丰
螺旋桨是
最 为普遍
。
项 成 熟 的传 统 水 下 推 进 技 术
，
因而 应用
，
但 其 推 进 效 能 的 改 善 已 难 以取 得 突 破 性 进 展
一
，
+
∞地 警 r 奠 I 搿 誊 I j j 至茅 霞 i 曼 j
) 机 械 手 的作 业 运 动 影 响 机 器 人 本体 的运 动 力 学
我国深海自主水下机器人的研究现状
我国深海自主水下机器人的研究现状一、本文概述随着科技的飞速发展，深海探索已成为人类认识地球、拓展生存空间、开发资源的重要领域。
深海自主水下机器人（AUV）作为深海探索的核心装备，其技术水平直接决定了我国在深海资源开发、深海科学研究、海洋环境监测等领域的竞争力。
本文旨在全面梳理我国深海自主水下机器人的研究现状，分析存在的问题和挑战，并展望未来的发展趋势，以期为推动我国深海自主水下机器人技术的进一步发展提供参考和借鉴。
本文将首先回顾深海自主水下机器人的发展历程，阐述其在我国海洋战略中的重要地位。
接着，将从设计制造、导航定位、智能感知与控制等方面，详细介绍我国深海自主水下机器人的技术现状，以及在国际上的地位和影响力。
在此基础上，本文将深入探讨我国在深海自主水下机器人技术研究中面临的主要问题和挑战，包括核心技术瓶颈、关键部件依赖进口、研发周期长、经费投入不足等。
本文将对未来深海自主水下机器人技术的发展趋势进行展望，提出针对性的建议，以期为我国深海自主水下机器人技术的持续创新和发展提供有益的参考。
二、深海自主水下机器人技术概述深海自主水下机器人（AUV，Autonomous Underwater Vehicle）是海洋工程技术与机器人技术相结合的产物，具有高度的自主性，能够在无人操控的情况下，独立完成复杂的海洋环境探测、海底地形测绘、海洋资源勘探等任务。
我国深海自主水下机器人的研究，经过多年的积累和发展，已经取得了一系列显著的成果。
在硬件设计方面，我国的深海AUV已经具备了较高的耐压性、稳定性和续航能力。
许多型号的AUV采用了先进的复合材料和轻量化设计，有效减轻了机体的重量，提高了其在深海环境中的机动性和灵活性。
同时，AUV的推进系统也经过了优化设计，能够在各种复杂的海洋环境中稳定运行，保证了探测任务的顺利完成。
在软件与控制系统方面，我国的深海AUV已经实现了较高的智能化水平。
通过搭载先进的导航、定位和控制系统，AUV能够自主完成路径规划、避障、目标跟踪等任务。
水下机器人技术的应用与发展
水下机器人技术的应用与发展水下机器人技术是一门重要的技术领域，随着科技的不断进步，水下机器人已经被广泛应用于海洋科学、水下工程、环境监测、海洋资源开发等领域。
本文将探讨水下机器人技术的应用现状和未来的发展趋势。
一、水下机器人技术的应用现状目前，水下机器人技术已成为海洋勘探、深海研究和资源开发的重要工具。
水下机器人通常采用自主控制技术，可以在水下自主运动，执行各种任务。
因此，它可在多种环境下工作，包括水下油气开采、观测海底生物、进行深海勘探，以及检测污染物、监测海洋环境变化等。
1. 水下油气开采水下机器人在石油工业中已得到广泛应用，特别是在水下油气开采方面。
由于人类无法直接进入水下井口进行开采作业，需要依靠水下机器人完成工作。
水下机器人可以搭载各种工具和传感器，进行水下维护和控制，解决了人类在水下开采作业中的技术难题。
2. 海洋科学和深海研究水下机器人技术在海洋科学和深海研究方面也有着重要的应用。
水下机器人可以搭载多种传感器，监测海水中的温度、盐度、光照等参数，进行海洋科学研究。
同时，水下机器人还可在深海环境中运行，探测海底热泉、海底地形和深海生物等信息，为深海生态系统研究提供了关键的技术支持。
3. 水下环境监测水下机器人在水下环境监测中也有广泛应用。
水下机器人搭载各种传感器和检测仪器，可以对水下环境进行快速、高精度、连续的测量和监测。
这有助于准确地掌握水下环境变化，保护海洋生态环境，及早发现并预防水下灾害事件。
4. 海洋资源开发随着海洋资源日益短缺，水下机器人在海洋资源开发中也发挥了关键作用。
水下机器人可在海底寻找贵重矿产、沉积物、天然气、海藻等资源，帮助人类深入了解海底资源的分布和维护海洋资源可持续发展。
二、水下机器人技术的发展趋势随着科技的不断进步，水下机器人技术发展迎来了更多的机遇和挑战，下面我们将探讨水下机器人技术未来的发展趋势。
1. 智能化和自主化水下机器人未来的发展趋势是智能化和自主化。
2024年中国水下机器人现状分析及市场前景预测
目录：一、引言1.1研究背景1.2目的和意义二、水下机器人技术发展概述2.1水下机器人定义2.2水下机器人技术分类2.3水下机器人技术发展历程三、2024年中国水下机器人现状分析3.1中国水下机器人研发现状3.2中国水下机器人应用领域分析3.3中国水下机器人行业发展状况四、水下机器人市场前景预测4.1水下机器人市场规模预测4.2水下机器人市场发展趋势分析4.3水下机器人市场主要驱动因素分析4.4水下机器人市场竞争格局分析五、结论5.1研究总结5.2研究展望引言：1.1研究背景随着海洋资源开发的需求增加，水下机器人作为一种重要的海洋工具，在海洋探测、海底勘探、海洋科学研究等领域发挥着重要作用。
因此，对于水下机器人的现状和市场前景进行深入的分析和预测具有重要意义。
1.2目的和意义本文旨在分析2024年中国水下机器人的现状，探讨其技术发展和应用领域，并对水下机器人市场前景进行预测。
这对于相关企业、研究机构以及政府部门有着重要的参考价值，可以为他们制定科学合理的发展战略提供依据。
水下机器人技术发展概述：2.1水下机器人定义水下机器人是指能够在水下环境中进行各种任务的机器人系统，它通常包括了船体、控制系统、传感器、执行器等组成部分。
2.2水下机器人技术分类根据不同的功用和应用领域，水下机器人可以分为智能潜水器、自主潜水器、遥控潜水器等几类。
2.3水下机器人技术发展历程从最早的潜水器发展到现代的水下机器人，其技术经历了自主导航、多传感器融合、深海作业等多个阶段。
2024年中国水下机器人现状分析：3.1中国水下机器人研发现状分析中国水下机器人研发情况，包括研发机构和企业的分布情况，研发投入和成果等方面。
3.2中国水下机器人应用领域分析探讨中国水下机器人的应用领域，包括海洋勘探、海洋科学研究、海洋资源开发和海洋环境保护等方面。
3.3中国水下机器人行业发展状况分析中国水下机器人行业的发展状况，包括市场规模、产业链发展、技术创新和政府支持等方面。
水下机器人技术的应用与发展趋势
水下机器人技术的应用与发展趋势随着科技的不断发展，水下机器人技术越来越受到人们的关注和重视。
水下机器人是一种能够在水下自主运行的机器人，具有深入极深海域进行科学探索、海底资源勘探和海洋环境监测等多种应用。
本文将从水下机器人的定义和分类、应用领域与技术特点、市场需求和发展趋势等方面来进行探讨。
一、水下机器人的定义和分类水下机器人是指在水下自主运行的机器人，主要由机体、传感器、控制系统等部件组成。
按照不同的分类方法，水下机器人可分为不同的类型，如按照能源来源不同，可分为自主供能和非自主供能两类；按照载人与否，可分为载人和无人两类；按照工作深度不同，可分为浅水、深水和深海三类等。
二、应用领域与技术特点水下机器人的应用领域非常广泛，主要包括海洋科学研究、海洋资源勘探、海底地质与地形研究、海洋环境监测、海底救援与搜寻等多种领域。
在海洋科学研究中，水下机器人可用于收集海洋数据、自动化水样采集和水下声纳探测等方面，为科学家提供了非常优秀的研究工具；在海洋资源勘探中，水下机器人可用于石油勘探和深海矿产勘探等方面，为资源开发和研究提供了便利；在海底地质与地形研究中，水下机器人可用于对海底地形进行3D模型的生成和纷繁复杂的岩石结构进行三维成像等方面，大大提高了相关领域的研究效率；在海洋环境监测和海底救援与搜寻方面，水下机器人也具有重要的应用价值，可帮助人们对海底环境进行全方位的监测和救援搜寻等方面，非常有利于人们的生命安全保障。
水下机器人技术的主要特点包括：适应性强、夜间工作、自主运行、可编程控制、操作灵活、数据处理速度快、多模块化等。
这些特点使得水下机器人更加便捷地与海洋环境进行交互和运作，大大提高了其的工作效率和工作范围。
三、市场需求和发展趋势随着我国海洋事业的蓬勃发展，水下机器人的应用需求也越来越高。
作为世界上最长的海岸线国家，我国拥有丰富的海洋资源和辽阔的海域，这些都将为水下机器人的应用提供广阔的空间。
水下机器人应用市场前景非常广阔，相关领域是未来的重要发展方向。
水下机器人技术研究综述
水下机器人技术研究综述随着科技的不断发展，水下机器人技术得到了不断的挑战和发展。
水下机器人作为一种特殊的智能机器人，是一种通过电信技术完全控制的自主的无人机器人。
它们可以在水下环境下执行不同的任务和操作，例如勘探、监测、救援等。
水下机器人技术在海洋开发、海洋勘探、海洋军事和科学研究等方面都有着广泛的应用和前景。
本文将对当前水下机器人技术的研究动向和应用现状进行综述。
一、水下机器人的分类水下机器人的分类可以根据其功能、形状、动力来源等方面进行分类。
按功能分：水下机器人可以分为勘探机器人、监控机器人、作业机器人和救援机器人。
按形状分：水下机器人可以分为鱼形机器人、球形机器人、蛇形机器人、螺旋桨机器人等。
按动力来源分：水下机器人可以分为自主动力、人工动力、太阳能动力等。
二、水下机器人技术的研究现状1. 水下视觉技术水下机器人的视觉技术是实现自主导航的重要手段。
目前，先进的视觉识别技术已经广泛地应用于水下机器人领域。
例如，通过使用不同的传感器和摄像机，可以实现水下深度测量、光学成像、颜色辨认和物体识别。
同时，通过水下激光传感器，可以对固定目标进行精确测量和地形辨别，为自主导航提供重要信息。
2. 水下定位技术水下机器人的定位技术是实现自主导航的另一种重要手段。
目前，GPS等传统定位技术在水下环境中不太实用，因为水下环境中信号的传播特点和障碍物的存在。
因此，更多的研究关注基于声波、磁场和惯性测量等方法的水下定位技术。
例如，通过水下声学传感器，可以测量声波传播时间和距离，从而实现水下机器人的定位。
3. 水下通信技术水下通信技术是水下机器人技术中的另一个重要方面。
由于水下环境的特殊性质，使得传统的无线通信技术无法应用于水下通信。
因此，更多的关注点在水下声波通信、蓝牙和红外线通信等方面。
通过这些通信手段，可以将机器人和地面控制中心之间的信息传输最小化，从而实现自动控制和传感。
4. 水下能源技术水下机器人能源技术也是令人关注的一个方面。
水下机械手的研发现状及发展趋势
功能是水下机器人技术开发与应用的关键技术．作为作 ｌ
的必配 装置【 。
业功能的主要承担者 ，水下机械手是大中型水下机器人 ｌ 械手研 究 水平 比较 高 。典 型的 七功 能机 械手 为 ６自由度
４ ｋ ０ｇ
的部 分 ，由其 实现 人机对 话 。控 制装 置包 括根 据操 纵装 Ｉ 腕 部 最 ９
ｌ５ ｍ ３Ｎ
ｌ ０ｎ ０ ｌｎ ｌ
第２ ５卷 第 ３期
２１ ０ ２年 ５月
Ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｅ ｅ ｍｅ ｔ＆ Ｉ ｎ ｖ ｔ ｎ ｏ ｃ ｉｅｙ ＆ Ｅ ｅ ｔ ｃ ｌ ｒｄ ｃｓ ｏ ｎ ｏ ａｉ ｆＭａ ｈ ｎ ｒ ｏ ｌｃｒ ａ Ｐ ｏ ｕ ｔ ｉ
机 电 产 品 开崖 与刨 新
Ｖｏ．５． ３ １ ２ Ｎｏ．
要 ：介 绍 了水 下机 械 手 的组 成及 其 特 点 ，对水 下机 械 手 的发展 情 况进 行 了概 述 ，分 析 了当前研 究 中的
关键技 术 ，进一 步探讨 了水下机械 手 的发展 趋 势。
关 键 词 ：水 下机 械 手 ；研 发 现 状 ；发 展 趋 势
中图分 类号 ：Ｔ ３ Ｈ１６
文献 标识 码 ：Ａ ｄ ｉ ０３ ６ ／．ｓ．０ ２ ６ ７ ． １ ．３ １ ｏ： ． ９ｊｓｎ１０ — ６ ３２ ２０ ． ０ １ ９ ｉ ０ ０
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｔ ｔ ｎｄ Ｄｅ ｅｏ ｓ ａ ｃ Ｓ ａ ｅ ａ ｖ ｌ ｐｍ ｅ ｔＴｒ ｎｄ ｏ ｎ ｅ ｆ Ｕｎｄ ｒ ｔ ｒＭ ａｎ ｐｕ ａｔ ｒ ｅ ｗａ ｅ ｉ ｌ ｏ
水下机器人发展现状
水下机器人发展现状
水下机器人是一种能够在水下环境中执行任务的机器人。
随着科技的进步和对水下资源的开发需求增加，水下机器人的发展逐渐受到重视。
目前，水下机器人的发展现状如下：
1. 技术发展：水下机器人的技术不断创新和改进。
最初的水下机器人主要是潜水员遥控的机械臂。
随着机器视觉、人工智能和传感器技术的发展，水下机器人逐渐具备了自主控制和智能感知能力。
2. 应用领域：水下机器人广泛应用于海洋科学研究、海洋资源勘探、海洋环境监测、海底遗址探测等领域。
它们能够深入水下深海、水下沉船等人类无法到达的地方，执行各种任务。
3. 任务能力：水下机器人具备了执行多种任务的能力。
例如，它们可以进行水下勘探和地质探测，收集海洋底质样本并分析海洋环境数据。
此外，水下机器人还可以进行水下结构检查和修复，参与海洋生物研究和水下考古等工作。
4. 深海探索：近年来，水下机器人在深海探索方面发挥了重要作用。
它们能够承受高压、低温等极端条件，探测深海的地质和生物信息，并收集珍贵的样本。
这对于人类对深海环境和资源的了解具有重要意义。
5. 机器人联网：随着无人机、陆地机器人和水下机器人的互联互通能力的发展，机器人系统可以实现更高效的协作。
例如，无人船能够搭载水下机器人进行联合作业，增强任务的执行能
力。
6. 挑战和前景：水下机器人的发展仍面临一些挑战，如能源供应、控制精度、通信稳定性等问题。
但随着技术的不断突破，水下机器人的应用前景广阔。
未来，水下机器人有望继续发展，提高智能化和自主化水平，为人类深入探索和保护海洋环境做出更大的贡献。
仿生水下机器人研究现状及其发展趋势
仿生水下机器人研究现状及其发展趋势近年来，随着科技的不断进步和人们对水下资源的探索需求的增加，仿生水下机器人成为了研究热点之一、仿生水下机器人是通过模仿海洋生物的外形结构和运动方式，利用先进的传感器和控制算法实现水下探测、操控和作业等功能的机器人。
目前，仿生水下机器人的研究现状主要体现在以下几个方面：1.机械结构设计：仿生水下机器人的结构设计追求与生物相似，常常模仿鱼类、鳐鱼等海洋生物的外形结构，以提高水下机器人的机动性和操纵性。
例如，鱼类类似的船体结构和鳃片造型的腹鳍可以提高水下机器人的运动效率和流线性能。
2.运动控制算法：仿生水下机器人的运动控制算法通常基于海洋生物的运动方式，如鳍运动、尾蹼运动等。
通过合理设计的运动控制算法，仿生水下机器人能够在水下环境中实现高效、稳定的机动性能，实现多自由度的运动。
3.传感器技术：为了更好地适应复杂的水下环境，仿生水下机器人需要借助先进的传感器技术实现环境感知和对象探测。
常用的传感器包括声呐、摄像头、压力传感器等。
这些传感器能够为仿生水下机器人提供实时的环境信息，提高其水下导航和任务执行能力。
4.自主水下探测：仿生水下机器人能够自主地探测、记录和分析水下环境中的地理和生物信息。
通过搭载多种传感器和数据处理技术，仿生水下机器人能够实现海底地形的三维测绘、海洋生物的观测和研究等任务。
在未来的发展中，仿生水下机器人的研究将朝着以下几个方向发展：1.多机器人协作：随着对海洋和深海资源的需求不断增加，单一的仿生水下机器人往往不能满足复杂任务的需求，因此多机器人协作将成为未来的发展趋势。
通过建立机器人之间的通信和协作机制，多个仿生水下机器人可以实现分布式任务的执行。
2.智能化与自主化：智能化是未来仿生水下机器人研究的重要方向。
通过引入机器学习、深度学习等技术，提高仿生水下机器人的智能化程度，使其能够更好地适应复杂的水下环境，并自主地执行任务。
3.能源与续航能力的提升：仿生水下机器人的能源和续航能力对其在实际应用中的持续作业至关重要。
水下机器人，前景分析
水下机器人，前景分析随着海洋资源的不断开发，水下机器人作为一种先进的探索被不断应用到该领域，得到了快速的发展以及高度的重视。
水下机器人是一种工作于水下的极限作业机器人。
水下环境恶劣，人的潜水深度有限并且容易发生危险，所以水下机器人将会取代人类进行水下作业。
水下机器人最初是被用于军事、科考等领域。
近年，水下机器人开始在渔业环境检测、潜水娱乐等消费级市场兴起，相比与产品技术较为成熟并已被消费市场所接受的无人机，水下机器人的研究技术尚显稚嫩，还有待开发，而且价格也比较昂贵。
目前国内水下机器人的生产商并不多，相对优秀的也只有少数几家，更没有巨头称霸，市场正处于起步阶段，是企业入局的好时候。
有研究报告称，2017年全球是机器人市场规模有845亿美元，而2018年将会有22%的增幅。
所以今年的机器人市场可能会异常火爆，而被应用到新兴场景的水下机器人将会有更多的机会。
水下机器人面对的是不同的水域环境，相较于陆地来说，环境更为恶劣。
因此水下机器人的开发者将面临技术挑战。
首先，机器人是代替人类进行水下作业，特别是一些深水区，对装备的通讯设备、摄像体统、抗压性能以及推进装置都有较高要求，同时也追求整体的稳定性，以求将拍摄到的数据准确的传回陆地上。
其次就是平衡性，因为在水下不比陆地，机器会受到浮力的影响，所以要在水中保持理想状况中的平衡，还是一个较大的挑战。
还有就是控制性。
机器人在水下作业，那就必须要有精确的控制性。
这就涉及到智能控制技术，其体系结构是人工智能技术、各种控制技术在内的集成，相当于人的大脑和神经系统。
软件体系是水下机器人总体集成和系统调度，直接影响智能水平，他涉及到不同模块之间的关联、信息数据之间的通信管理等等。
目前这一块的技术还有待提高。
中国有相当可观的海洋资源和狭长的海岸线，可以预见水下机器人的前景还是相当广阔的。
目前，水下机器人市场正处在初步起步阶段，我们可以看到有四大应用场景率先起步，暗藏着巨大的机遇。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
水下作业型机械手的关键技术及发展趋势研究
水下机械手可以协助水下HOV、ROV、AUV完成海洋中的勘察、钻探、搬运等工作，为探索海洋，开发海洋提供支持。
文章主要通过介绍国内外典型水下机械手的实例，分析了水下机械手的发展现状和关键技术，并对未来水下作业机械手发展趋势做出展望。
标签：水下机械手；水下作业；关键技术；发展趋势
Abstract：Underwater manipulator can assist underwater HOV，ROV，AUV to complete the exploration，drilling，transportation and other work in the ocean，and provide support for exploring and developing the ocean. This paper mainly introduces the examples of typical underwater manipulator at home and abroad，analyzes the development status and key technology of underwater manipulator，and makes a prospect on the development trend of underwater manipulator in the future.
Keywords：underwater manipulator；underwater operation；key technology；development trend
引言
海底资源的探索、发掘与开采都离不开水下作业工具，随着国际竞争日趋从陆地过渡到深海，海洋已逐渐成为世界各国利益争夺的主要战场，各种水下作业工具应运而生[1]。
水下作业工具的主要功能“作业功能”的实现离不开水下机械手的配合。
而搭载着各种专业水下机械手的水下机器人可以完成例如采样，捕捉，挖掘等工作。
本文通过介绍国内外典型水下机械手的实例，对水下机械手的发展现状和关键技术进行分析，并对未来水下作业机械手发展趋势做出展望。
1 水下机械手发展现状
美国在上世纪60年代首先研制出深海载人潜水器“阿尔文”号，开创了人类探测海洋资源的历史。
它在海洋4500米的深度中可以进行科学考察，尤其针对海底的资源，例如矿流，可采取非常精准的取样。
它的水下作业系统是由美国NOSC公司主持研制的WSP机械手，此水下机械手的综合水平在现在来说都是比较成功和具有典型性的。
它设计为三只机械手，其中两只机械手主要实现抓握功能，另一只机械手设计为灵巧的作业机械手。
此航行器作业时可直接在水下自动更换工具而不需要返回水面[2]。
1989年，日本制造出了名为“深海6500”的深海载人潜水器，此水下作业装置的下潜深度可以达到水深6500 米。
工作人员可以利用它装载的水下机械手配合其携带的可旋转采样篮进行取样作业[3]。
图1为“深海6500”载人潜水器搭载的水下作业机械手。
我国的水下作业工具起步虽然比较晚，但是发展迅速，从最初的用于海洋观察为主的功能已渐渐过渡到水下作业功能。
2012年，我国自主研制的“蛟龙”号在马里亚纳海沟开展7000米级载人深潜试验。
在一次下潜时抵达7062米深度，打破了世界上同类作业型航行器下潜的最大深度。
“蛟龙”号潜水器上配置的三大专用作业工具，包括沉积物取样器、热液取样器和钴结壳取芯器以及一套功能强、机动性好的机械手。
图2为“蛟龙”号的机械手在深海海底插国旗。
随着我国“蛟龙”号的成功下潜，我国的水下航行器取得了举世瞩目的成就，经过不断的更新和完善，我国的水下作业工具已逐渐赶上发达国家的步伐。
蛟龙号的水下机械手大大缩短了我国与国际间在水下作业方面的差距。
2 关键技术研究
随着海洋航行器技术的不断发展，其搭载的水下作业工具日趋先进，可以完成相当复杂的水下任务。
可以实现水下考查任务、水下石油的开采、海底管道铺设和维修、海洋抢险救援、海洋工程建设等任务，对水下机械手提出了不同的要求。
2.1 计算机技术的应用
随着计算机技术及仿真软件的发展，虚拟样机技术和流体计算技术在机械本体设计、选材以及预试验方面起到越来越重要的作用。
虚拟样机技术通过在计算机上建立机械产品的三维实体模型和力学模型，可以检查设计产品各部件的干涉情况和运动情况，从而为物理样机的设计和制造提供依据[4]。
应用虚拟样机技术，设计人员可直接利用软件所提供的各零件的几何信息，在软件上创建各部件的几何模型。
对各部件进行虚拟装配，建立各部件间的约束关系，从而获得机械系统的物理模型，这样就可以在不同虚拟环境中模拟零部件的运动，得到在各种工作情况下零部件的运动和受力情况。
这样就可以应用计算机软件校正设计缺陷，并通过对比不同试验条件下的受力情况，优化设计方案，改进物理模型。
流体计算软件为水下实验提供了一个虚拟计算平台。
应用流体计算技术可以进行对物理模型而言难以进行或根本无法进行的试验，可以仿真计算水下机械手在不同水深下，不同流速下的运动和受力情况。
为后续实验和材料选择提供了重要参考。
2.2 多傳感融合技术
水下机械手对外界环境和水下目标的感知主要依靠各种传感器。
对外界环境信息例如水下流速信息，温度信息，受力信息的采集主要依靠流速计，测温计和各种压力传感器等。
而对水下目标的感知主要依靠声呐设备，因为在水下传递信息不同于水上，水上通信主要采用电磁波，而海水对电磁波的吸收很大，所以水下通信主要依靠声波。
为满足多种作业需要，一般需要配备多种专业传感器，以获得环境的各种信息，来满足探测和采集等的需要[5]。
而怎样把多个传感器
采集的信息进行整合应用，消除信息间的冗余和矛盾，降低不确定性，形成对所在环境完整统一的感知，对提高水下机械手正确反应、决策和规划具有至关重要的意义。
2.3 运动控制技术
水下机械手的工作环境复杂，工作任务多样，对水下机械手的运动控制和作业规划是其完成作业任务的基本前提和保障。
水下机械手所在的环境水动力系数不确定、运动惯性相对较大，且受到海浪、湍流等随机干扰，所以对水下机械手进行精确控制是不容易的。
因为机械手的力学模型具有复杂的强耦合性和非线性的特点，所以，良好的建模方法、控制算法成为水下机械手研究的关键技术。
3 未来发展趋势
当下，水下机械手要想达到自主作业，实现更多更强的功能，就必须在人工智能领域、自动控制技术、传感器融合技术等方面进行突破。
3.1 高度智能化
因为海洋这一工作环境的特殊性，水下机械手的作业难度提高了很多。
促使开发操作灵活、反应迅速、感知外界变化能力强、自动化程度高、自适应能力强的水下机械手迫在眉睫。
未来的水下机械手应该设计为具有模块化功能，每完成一项任务就可以自动更换机械手，来继续下一项任务。
那么每个机械手都应具备专业的局部自治能力以及专项的信息获取和独立的信息处理方法[6]。
根据功能和位置合理配置传感器，采用信息融合技术为控制策略提供科学的依据。
基于任务的水下机械手还可根据任务自动更换作业工具，高度智能化的水下机械手必然是未来的发展趋势。
3.2 挑战全海深
探测更深的海底，不但可以为深海科研提供服务，还可以为潜水器本身续航和大功率工作提供帮助。
例如，在海底布放电缆可以为潜水器或其他水下装置提供充电支持。
为了打破国外的垄断地位，我国打算自己研制万米级机械手，目前，全新一代的机械手已经完成测试。
我们知道，在水中每增加10米就相当于一个大气压，要在一万米深的海底就相当于1000个大气压，这对于机械手材料的耐压性提出了相当高的要求。
并且在深海要实现正常工作，控制电路部分的密封性必须高度可靠。
全海深水下机械手的设计必然是今后发展的趋势之一。
3.3 精细化程度高
我国自己研制万米级机械手最初研制出来有一个缺点就是手抖，科研人员在控制系统猛下功夫，这个机械手里的两个核心部分，一是肘摆的关节，另一个是腕转的关节。
在千米级至万米级的深海中，水下机械手首先要耐得住压力，还要进行精密
操作，这些要求给科研人员带来了新的挑战。
常规的液压油在海底将变得粘稠，导致机械手运动缓慢且精度不高，科研人员要避免使用这些常规的液压油，采用一种全新的液压油以及通油管路，让机械手能够在海底流畅操作，自由活动。
当然，精细化程度的提高还有依赖与其他控制技术、防抖技术、装配技术等的整体升级。
4 结束语
本文主要介绍了水下机械手的发展现状和关键技术，并对未来水下作业机械手发展趋势做出展望。
未来水下机械手将会扩展其作业范围、提高自动化程度以及高精细化领域取得进展，在海洋资源开发利用、大洋勘探、海洋救助、水下工程等领域发挥更大的作用。
参考文献：
[1]王璇，刘涛，高波.水下机械手的研发现状及发展趋势[J].机电产品开发与创新，2012，25（3）：25-29.
[2]张敏.水下机械手设计及仿真研究[D].西安：西北工业大学，2005.
[3]杨农林，茅及愚，向忠祥.國外水下作业机械手的特点及发展趋势[J].海洋科学，1990，6.
[4]张铭均.水下机器人[M].北京：海洋出版社，2000.
[5]薛利梅.水下机械手信息融合及作业规划研究[D].武汉：华中科技大学，2011.
[6]张栋翔.水下智能机械手的光视觉信息获取与处理[D].合肥：中国科学技术大学，2009.。