第3章水下机器人3.1水下机器人发展与分类
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。
水下机器人的发展现状
水下的发展现状水下的发展现状1：引言近年来，随着科技的迅猛发展，水下成为了人们关注的焦点之一。
水下的应用领域日益广泛，已经在海洋探测、海底工程、科学研究、潜水救援等方面发挥着重要作用。
本文将对水下的发展现状进行详细介绍。
2：水下的定义水下是指能够在水下环境中执行各种任务的系统。
它们通常由机械、电子、控制和传感器等多个部分组成，具备自主水下移动、感知环境、执行任务等功能。
3：水下的分类3.1 依据使用环境分类a) 海洋水下：用于海洋探测、海底工程等任务。
b) 淡水水下：用于淡水湖泊、河流等环境中的任务。
3.2 依据任务类型分类a) 作业水下：用于进行各类作业任务，如海底设施维修、潜水救援等。
b) 科学研究水下：用于科学研究和探测任务，如海洋生态研究、地质勘探等。
c) 军事水下：用于军事侦察、水下作战等军事任务。
4：水下的技术现状4.1 机械设计技术水下的机械设计包括结构设计和材料选择，以满足其在水下环境下的稳定性、耐压性和灵活性等要求。
4.2 电子与控制技术水下的电子与控制技术包括电路设计、控制算法和通讯系统等。
这些技术的发展使得水下能够自主感知环境、进行路径规划和执行任务。
4.3 传感器技术水下利用各类传感器获取环境信息，如水下声纳、水下摄像头、水下压力传感器等。
这些传感器的精度和可靠性的提高，为水下的任务执行提供了重要支持。
4.4 电力与能源技术水下通过电力设备和能源系统驱动其运动和任务执行。
电力与能源技术的进展使得水下能够增加自主工作时间和减少对外部能源的依赖。
5：水下的应用领域5.1 海洋科学研究水下在海洋科学研究中发挥着重要作用，可以进行海底地质、海洋生态等方面的研究和勘测。
5.2 海洋资源勘探与开发水下可用于海底矿产资源的勘测、深海油气田的勘探和海底管道的敷设。
5.3 海洋安全与救援水下在海洋灾害和潜水救援中发挥着重要作用，可以进行海洋灾害预警、救援物资运输等任务。
5.4 水下文化遗产保护水下可用于海洋文化遗产的探测和保护，如沉船考古、海底古城勘测等。
【课件】水下机器人ROVppt
3.1.1 概述
水下机器人是一种可在水下移动、具有视觉和感知系统、通过 遥控或自主操作方式、使用机械手或其他工具代替或辅助人去 完成水下作业任务的装置。
水下机器人具有四个基本特点。
(1)可移动性 (2)能够感知机器人的外部和内部环境特性 (3)拥有完成使命所需的执行机构 (4)能自主地或在人的参与下完成水下作业 3.1.2 水下机器人分类及用途
制系统、电缆等构成
目前，随着计算机技术在ROV中的广泛应用，人们将采 用更新型技术，如多媒体技术、临场感技术以及虚拟现实技术， 更形象化地实现对ROV的控制。
任何事物总是一分为二的，ROV的脐带电缆是一个不利因 素，它约束了ROV的活动范围，增加了水面设备的成本，在复 杂环境中尤其迸入复杂结构内部将危害着ROV的安全，因而解 脱这种束缚是各国水下机器人专家追求的目标，这就是自治水 下机器人AUV技术得以发展的理由。
3.3.2 控制方法 底层控制 高层控制
3·3·3 控制系统结构及发展
有缆水下机器人和无绳水下机器人的控制技术既有相同之处， 也有不同之处，但两者的控制机理是相同的。从控制系统结构的角 度来看，它们的底层控制相同，只是高层控制有所不同。
有缆水下机器人 (ROV)控制系统的设备大体上可以分为三部分:
3.1.5 水下机器人关键技术
①能源技术
②精确定位技术
③零可见度导航技术
④材料技术
⑤作业技术
⑥声学技术
⑦智能技术
⑧回收技术
3.2 水下机器人结构 ①载体结构特点 ②推进模式 ③动力供给 ④ 密封及耐压 ⑤ 防腐技术
3.3 水下机器人控制 3.3.1 控制基本类型
水下机器人发展概述
水下机器人发展概述1水下机器人发展背景在浩瀚的宇宙中，有一个蔚蓝色的星球，那是人类赖以生存的地方——地球。
地球的表面积为5.1亿平方公里，而海洋的面积为3.6亿平方公里。
地球表面积的71%被海洋所覆盖。
在烟波浩渺的海洋深处，蕴藏着什么样的宝藏？是否存在着智慧生命？海底生物是怎样生活的？海底的地形地貌又是什么样的？所有这一切都使海洋充满了神秘的色彩，也吸引了无数科学家、探险家为之探索。
从远古时代起，人们就泛舟于海上。
从19世纪起，人们开始利用各种手段对海洋进行探察。
20世纪，水下机器人技术作为人类探索海洋的最重要的手段，受到了人们普遍的关注。
进入21世纪，海洋作为人类尚未开发的处女地，已成为国际上战略竞争的焦点，因而也成为高技术研究的重要领域。
毫不夸张地说，本世纪是人类进军海洋的世纪。
人类关注海洋，是因为陆上的资源有限，海洋中却蕴藏着丰富的矿产资源、生物资源和能源。
另一个重要原因是，占地球表面积49％的海洋是国际海底区域，该区域内的资源不属于任何国家，而属于全人类。
但是如果哪一个国家有技术实力，就可以独享这部分资源。
因此争夺国际海底资源也是一项造福子孙后代的伟大事业。
水下机器人作为一种高技术手段，在海底这块人类未来最现实的可发展空间中起着至关重要的作用，发展水下机器人的意义是显而易见的。
２水下机器人的定义与分类２．１水下机器人的定义与概述水下机器人也称作无人水下潜水器（ｕｎｍａｎｎｅｄｕｎｄeｒｗａｔｅｒｖｅｈｉｃｌｅｓ，ＵＵＶ），它并不是一个人们通常想象的具有类人形状的机器，而是一种可以在水下代替人完成某种任务的装置。
在外形上更像一艘微小型潜艇，水下机器人的自身形态是依据水下工作要求来设计的。
生活在陆地上的人类经过自然进化，诸多的自身形态特点是为了满足陆地运动、感知和作业要求，所以大多数陆地机器人在外观上都有类人化趋势，这是符合仿生学原理的。
水下环境是属于鱼类的“天下”，人类身体的形态特点与鱼类相比则完全处于劣势，所以水下运载体的仿生大多体现在对鱼类的仿生上。
水下机器人技术的发展与应用
水下机器人技术的发展与应用一、引言随着科学技术的不断发展，水下机器人已经成为人类探测水下世界的必备工具之一。
水下机器人技术的发展不仅对科学探索和水下作业有重大贡献，更为全球人类的生态环境保护和资源开发做出了突出的贡献。
本文将从水下机器人的技术分类、发展历程及应用领域三个方面进行分析和阐述。
二、水下机器人技术分类按照用途和结构的不同，水下机器人可以分为数种类型：1. 自主水下机器人自主水下机器人是指一种以自主控制为基础的水下机器人，它可以根据计算机内预先输入的指令独立的完成一定的工作和任务。
其结构主要包括浮子、动力系统、推进系统、程序控制系统、传感器和执行机构等部分。
2. 电缆水下机器人电缆水下机器人是指在水下使用外界电力源作为动力来推进机器人，在机器人与地面之间通过电缆进行通讯和控制。
其结构主要包括电缆、控制盒、传感器和执行机构等部分。
3. 联机水下机器人联机水下机器人是指一种通过地面上的计算机进行控制的水下机器人。
其主要结构包括机器人本体、通讯设备、执行器和备件等部分。
三、水下机器人技术发展历程1. 机械臂水下机器人机械臂水下机器人是在水下操纵机器人方面一项关键性的技术，早在上世纪六十年代就已经出现。
1986年，美国威斯康星大学研制出具有六个自由度的ROV水下机器人，并成功完成了海底地质勘探工作。
2. 自主水下机器人自主水下机器人是近年来发展最快的水下机器人之一，具备较高的自主性和智能化水平。
中国科学院成功研制出了具备红外测距、抓取等功能的自主水下机器人。
3. 深海水下机器人深海水下机器人是指能够在海水深度较深的环境中工作的水下机器人。
1986年，美国研制成功了具有数控技术的深海水下机器人，并利用它在海底进行了许多的探索工作。
四、水下机器人技术应用领域1. 科学探索水下机器人可以在世界范围内进行海洋生物和海底地震的研究工作。
使用水下机器人，科学家们可以在海底收集化石、岩石和生物样本，并且能够观察洋底地形、地质分布、沉积物等等。
水下机器人技术的发展与应用
水下机器人技术的发展与应用水下机器人技术是一种新兴的技术，它可以在水下进行各种任务，从而提高了人类的生产力和效率。
随着科学技术的不断进步，水下机器人技术的发展也越来越快速。
本文将介绍水下机器人技术的发展与应用方向，以及未来的发展趋势。
一、水下机器人技术的发展1.1起源早期的水下机器人主要用于海洋地质勘探、海水监测等工作，最早的水下机器人可以追溯到上世纪60年代，当时主要用于某些国家的海军或商业用途。
在1971年，美国的Wooster公司研发出了第一代水下机器人ARGO，该机器人使用了各种新兴的技术，如电池动力、遥控器和声纳探测等。
自此之后，水下机器人的研发越来越迅速，并且出现了更加先进的水下机器人。
1.2发展趋势随着科学技术的不断进步，水下机器人逐渐成为了科技领域的重要组成部分。
在过去的几十年中，水下机器人的种类和功能已经发生了很大变化。
现在不仅可以在深海中进行勘探和科学研究，还可以用于搜索和救援、港口工作、深水钻井、海洋工程以及海底管道的维修和安装任务等，并且在未来将会有越来越多的应用场景。
二、水下机器人技术的应用2.1科学探测水下机器人在科学探测中的应用是其中之一。
它可以用于海洋生物学研究、地质研究和海洋环境监测等领域。
例如，水下机器人可以用来研究深海生物，并进行深海地质与海底热液的研究。
同时，它还可以在环境监测中，进行海水的监测与数据传输，可以帮助人们更好地保护海洋环境。
2.2海洋工程水下机器人在海洋工程领域中也有广泛应用。
例如，针对深海油气资源的开采，水下机器人可以完成包括设备运输、设备安装以及故障维修等多项任务。
同时，在海洋风电、海洋港口、海底隧道、海洋矿业等领域也有着广泛的应用。
2.3水下考古和寻宝水下机器人在水下考古和寻宝方面也有广泛的应用。
例如，可以利用水下机器人发掘沉船遗址、寻找失落的宝藏和航班残骸等，这对于历史、文化遗产等的研究有极大的帮助。
2.4海洋生物监测水下机器人还可以用于海洋生物监测。
水下机器人ROV讲课教案
3.1.1 概述
水下机器人是一种可在水下移动、具有视觉和感知系统、通过 遥控或自主操作方式、使用机械手或其他工具代替或辅助人去 完成水下作业任务的装置。
水下机器人具有四个基本特点。 (1)可移动性 (2)能够感知机器人的外部和内部环境特性 (3)拥有完成使命所需的执行机构 (4)能自主地或在人的参与下完成水下作业 3.1.2 水下机器人分类及用途
常规的传感器包括：
成像声纳、罗盘、深度压力 传感器、高度计等。
水下计算机、驱动器、控制模块，
水下电子单元包括：
安装在常压的密封仓内。
动力、压力、温度、漏
系统监视所需要的传感元件包括:。
水等
b.中继器 c.吊放系统
为了能迅速、准确地将潜水器送到预定 工作水深和较快地收回到水面，同时为 了减弱母船摇摆及脐缆所受海流阻力给 潜水器运动和作业带来的附加阻力、干 扰和影响，一般有缆遥控水下机器人配 置中继器。中继器内储存系缆，并装有 系缆驱动收放机构，潜水器非工作状态
施，所有电气设备都需满足 船用电气设备的规范要求。
b·通讯系统 为水下机器人系统 的各个工作站点 (控制间、水面 设备、船长室)提供有线或无线
的通讯联系。
(5)中继器系统
中继器 (TMS)是有缆遥控水下机器人系统的重要设备之一。为 保持水下机器人本体在水下具有良好的动作灵活性、运动平稳性和 可操作控制性，在本体与吊放系统之间设置中继器。中继器直接由 皑装主缆吊放，在中继器与潜水器之间由具有中性浮力的系缆连接， 这样既消除皑装主缆、母船的升沉、纵倾和横摇等对它的影响，也 减少了本体推进系统所需功率，充分地发挥其本身的最大效率。
到吊放钢缆的作用，
水下机器人的分类
水下机器人的分类水下机器人是一种能够在水中进行活动和工作的机器人，具有各种不同的用途和特点。
根据其功能和特点，可以将水下机器人分为以下几类：1.深海机器人深海机器人是一种能够在深海环境中进行工作和探索的机器人。
它们能够承受极高的水压，同时具有相应的探测和采集能力。
深海机器人包括深潜机器人和ROV （Remotely Operated Vehicle）机器人。
深潜机器人有着更高的自主性和可扩展性，能够完成更加复杂的任务，比如进行科学探测、执行维护任务、进行勘探和采集等。
ROV机器人则通常需要由潜水员远程操作来完成任务，比如进行海底施工、进行海底勘探、响应事故和紧急救援等。
2.水下作业机器人水下作业机器人主要用于海洋工程，能够执行各种需要在水下进行的任务，比如进行海底管道维修、进行海底设备安装、进行水下切割和焊接等。
水下作业机器人通常分为两类，一类是缆索式机器人，用缆索将其与操作柜台连接；一类是自主机器人，可以进行自主行动和工作。
3.潜水机器人潜水机器人是一种能够在水下进行探测、采集、拍摄等任务的机器人。
潜水机器人通常采用电池和燃料电池，能够在水下进行较长时间的操作。
潜水机器人通常分为两种，一种是自主机器人，能够对周围环境做出反应，进行自主移动、探测和拍摄等任务；另一种是远程操控机器人，通过操控器和通讯设备与控制终端进行通讯，实现在水下执行任务。
4.水下机器人器材分类水下机器人在进行各种任务时，还需要搭载不同的器材和传感器，以便实现更加复杂的任务。
这些器材和传感器通常包括摄像头、水下激光仪、声纳、水下定位仪、探测器等。
总之，水下机器人在海洋科学和工程领域中有着广泛的应用前景，可以为人类探索和利用深海等水下领域带来更多的可能性。
水下机器人
③海洋科学考察 海洋科学考察主要包括水文地质考察 (记录海底 地形、绘制海底地图、选择土样和岩石样本等)、海洋生物考察 (测 定海底生物形态，采集生物样本等)、海洋物理考察 (测定地球磁场， 考察石油、天然气、矿物资源，考察海底火山活动情况等 ) 、海洋 光学考察等等。 ④水下考古 确定水下文物位置和性质，采集文物样本，清理考 古现场，打捞文物等。
CURV2
CURV3Βιβλιοθήκη (2) 军用无 缆水下机器人
AUV可用来辅助军用潜艇，作为它的体外传感器， 为它护航和警戒，以及为它引开敌方攻击充当假目标。 在反潜方面， AUV可担任海上反潜警戒，也可当作反潜 舰艇进行训练的靶艇。另外，在水雷战和反水雷方面以 及其他许多特种作业中，AUV都可以大显身手。 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
(3) 民用水下机器人
由于近年来人们对海洋考察和开发的增多，水下机器人得到广 泛的应用，其申ROV大量地被使用在各种水下作业中，AUV大范 围、大深度的作业设备近期在深海资源勘探和科学考察上得到了快 速地发展。由于造价和人员风险的原因，载人潜水器相对发展放缓。 目前水下机器人主要应用领域包括水下工程、海洋石油、打捞救生 和海洋科学考察等各方面。 ① 水下工程 a. 水下检查 :查明管道、水下工程、电缆铺设的情况及其位置， 检查百油钻井平台和井口的锈蚀及损坏的程度，检查水库大坝及闸 门的裂缝、损坏情况等。 b. 水下监视:监视和辅助潜水员进行水下作业、救助打捞和石油 钻井平台的水下作业等。
海底搜寻机器人概述
海底搜寻机器人概述本文主要就海底搜索机器人的发展现状展开了关于功能应用的讨论，不仅先从功能上分别划分，载人水下机器人和无人水下机器人，并以无人机器人为主体展开叙述，后区分了无人机器人中水下自主车AUV、有缆遥控机器人ROV，并结合国内外的发展成功案例，对其发展前景，驱动方式分析等等方面展开论述，以实现对整个水下搜索机器人有一个较为全面而具体的认识。
1.1海底机器人的具体分类与功能海底机器人是一类在水下环境执行任务的无人机器人，根据其设计、操作方式和应用领域的不同，可以分为多种类型，每种类型都有其独特的功能和应用特点。
以下将详细介绍几种主要的海底机器人类型，并举例说明其在国内外的应用情况。
首先自主水下车（Autonomous Underwater Vehicle），简称AUV，是一种能够自主在水下进行任务的无人机器人，其主要特点和功用包括了自主导航、科学研究、资源勘探等。
较为典型的就是中国科学院南海海洋研究所研制，用于海底地形测绘、水质监测和深海生物学调查——中国自主水下车“海燕号”，是独立规划航行路径和调整运动轨迹，海洋地质调查、水文学研究和海洋生物学研究，收集海洋数据以及样本“一把好手”；还有就是用于海洋生物学和水文学研究，具有长时间的自主运行能力和高分辨率的传感器——美国NOAA的“海豚”（Dolphin）AUV，在此方面的各项能力更趋成熟。
其次是可操作式水下车（Remotely Operated Vehicle，ROV），通过电缆与操作平台连接，由操作员控制执行任务，其主要特点包括：1、能够远程操控：通过电缆传输控制信号，能够在实时监控下进行精确操作和任务执行，例如中国海洋石油总公司使用，主要用于油田的管道和设施维护的“海翼一号”。
2、能够深海探测：能够抵达更深的海底区域，执行需要高精度操作的任务，如海底建筑维护、管道布放和考古挖掘等；例如挪威的“观察者”，它就是用于深海生物学和海底资源调查，配备高清摄像头和多功能机械臂，对该领域的研究提供了参考典型。
水下机器人技术研究及应用
水下机器人技术研究及应用第一章：引言随着科技的不断发展，水下机器人技术在工业、科研、海洋资源开发与利用等领域中受到越来越多的关注。
水下机器人是一种能够在水下自主工作的机器人，具有高效、安全的优势，对推动我国海洋经济建设以及科学研究具有重要意义。
本文将从水下机器人技术的基础概念、类型以及功能与应用等方面进行详细介绍。
第二章：水下机器人的基础概念水下机器人（Underwater Robot，UUV）是指一种能够在水下自主进行任务的机器人，它是一种富有智能化的机电一体化系统。
按照设计原理和特点，水下机器人可分为两类：遥控水下机器人和自主水下机器人。
遥控机器人一般通过遥控端或者有线通信进行操控，能够执行一定的动作或者完成一定的任务。
自主水下机器人则具备一定的自主判断、调节和控制功能，能够在无人参与控制情况下完成复杂的任务。
第三章：水下机器人的类型根据结构和用途的不同，水下机器人目前主要有以下几种类型：1. 呆滞浮力水下机器人呆滞浮力水下机器人主要采用重力锚索定位模式进行控制，下挂浮球控制浮力平衡。
它一般用于海底勘探、水文研究、水下采油等方面。
2. 遥控水下机器人遥控水下机器人通常由罗盘、深度计、输入输出单元、控制系统、图像装置、操作机构、驱动机构等组成。
它具有良好的操控能力和导航性能，广泛应用于水下观测、考古、资源调查、海洋环境监测与剖面研究等多个领域。
3. 潜水液压机械臂潜水液压机械臂是一种流体动力机械臂，它通常由水源系统、动力系统、执行机构和测量控制系统等构成。
它常被用于海底管线的连接、检查与维修等领域。
第四章：水下机器人的功能与应用水下机器人在海洋调查、资源开发、环境监测、水下作业、水下检查与维护等领域中有广泛的应用，其中一些应用实例如下：1. 海洋资源开发水下机器人可以在海底执行勘探、采样、分析与监测任务，进一步推动我国海底资源的开发利用以及海洋产业发展。
2. 海底遗址考古水下机器人通常配备探照灯、摄像机等设备，能够深入海底进行遗址拍摄、场地勘探和历史调研，有助于保护文化遗产。
智能水下机器人
第 3 章 智能水下机器人
2 水下机器人应用 水下机器人之所以在近些年来一直受到许多国家的青睐，是因为它在许多方面有着重要 的应用，多一个国家的经济、军ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ等的方面的发展，起着重要的作用。 2.1在军事方面的应用 水下机器人在军事上应用领域非常广阔，主要的应用领域有： （1）水雷对抗。美国现役的“近期水雷侦查系统”以及正在开放的“曼塔”水下机器人 的主要用途就是鱼雷对抗。因此，水下机器人的应用极大地提高了各国海军的水雷对抗 水平。 （2）情报搜集。水下机器人可以执行潜艇或者睡眠舰艇的进行路径，侦查敌人港口或者 海岸区的军事活动情况，见识雷区与海上通道等情报搜集任务。 （3）海洋环境监测。 （4）通信中继。在某些特殊的领域通信条件受到限制时，可以利用水下机器人作为通信 接口，完成通信任务。 （5）其他军事领域的应用。例如后勤支援与深水救援等 。 2.2管道容器检查方面的应用 （1）市政饮用水系统中水罐、水管、水库检查 （2）排污/排涝管道、下水道检查 （3）洋输油管道检查 （4）跨江、跨河管道检查 2.3船舶河道海洋石油方面应用
第 3 章 智能水下机器人
1 概述
水下机器人，也称无人遥控潜水器。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。从1953年美国研制出世界上第一艘无人有缆遥控潜水 器到现在，其发展大致经历了三个阶段：
第 3 章 智能水下机器人
3.1 智能水下机器人发展与分类
3.1.1 概述
海洋的诱惑
人类今天正面临着人口、资源和环境三大难题。随着各国经济 的飞速发展和世界人口的不断增加，人类消耗的自然资源越来越多， 陆地上的资源正在日益减少。为了生存和发展，人们开始向海洋进 军，向其他星球进军，海上石油的开采正是这一大进军的前哨战。
水下机器人技术发展及应用前景研究
水下机器人技术发展及应用前景研究一、引言随着人们对海洋环境的关注和对深海资源的需求，水下机器人技术发展越来越受到重视。
水下机器人技术在海洋资源勘探、海底环境监测、水下作业等领域有着广泛的应用。
本文将对水下机器人技术的发展及其应用前景进行研究和探讨。
二、水下机器人技术的发展1. 水下机器人技术的起源与发展水下机器人技术的起源可追溯到20世纪70年代初期，当时人们开始制造可用于海底勘探和测量的自主水下机器人。
这些机器人最初使用铅酸电池，重量较大，速度较慢，仅能完成最基本的任务。
但技术的不断发展，使得水下机器人的性能不断提高，能够在深海环境下执行复杂的操作。
2. 水下机器人技术的分类随着技术的发展，水下机器人技术被分为两大类：无人水下机器人和远程操作水下机器人。
其中，无人水下机器人是指能够自主完成任务和控制自身运动的机器人，如自主式水下机器人和自主式水下滑翔机等；远程操作水下机器人是指由人类通过遥控操作机器人完成任务的机器人，如ROV（远程操作水下机器人）。
3. 水下机器人技术的应用水下机器人技术的应用十分广泛，主要包括以下几个领域：（1）海洋资源勘探。
水下机器人能够在海底进行岩石、油气等矿产资源勘探，开创了深海资源勘探和开发的先河。
（2）海底环境监测。
水下机器人可以实现对海洋环境的监测，如海洋气候变化、海洋生物等数据的收集和处理。
（3）水下作业。
水下机器人可用于水下的施工、装置、维护和拆除等工程，能够大大提高工作效率和安全性。
三、水下机器人技术的应用前景1. 长期前景随着全球海底资源的不断发现和开发，蓝色经济成为未来发展的重要方向。
水下机器人的出现，将深海作为人类开发利用的重要领域。
在未来，水下机器人将在海底资源开发、海底环境保护、海底探测、水下通讯、水下采矿和水下文化文物保护等方面发挥越来越重要的作用。
2. 近期前景近年来，水下机器人技术在人类生活中的应用不断提升。
在海洋科研领域，水下机器人正在被广泛应用于海洋环境监测、海洋生物学、海洋地质、海洋地震和海流等领域。
水下机器人的发展与应用
水下机器人的发展与应用水下机器人作为现代技术发展的重要成果之一，近年来随着人工智能、传感技术与控制科学等技术的不断进步而逐渐普及。
它是一种能在水下完成各项复杂任务的机器人，具有独特的优越性能。
本文将探讨水下机器人的历史与发展，以及目前的应用现状。
一、历史与发展1957年，美国海军的Alvin号水下机器人是第一个被广泛运用于深海科考的机器人。
1966年，它成功铺设了太平洋海底物理勘探仪。
此后，水下机器人经过不懈探索与研究，从基础型向多功能型、智能型发展。
在传感技术、图像识别、导航与定位等方面得到空前的发展。
随着经济的发展和科技的进步，水下机器人的应用范围得到了大幅扩大。
现在已经被应用到海洋科学、油气勘探、水下测绘、海洋资源开发、水下灾害救援、船舶反恐、国家安全等各个领域当中。
二、应用现状水下机器人在各行各业都得到了广泛应用，下面我们分别来介绍一下：1、海洋科学研究水下机器人在海洋科学领域的应用非常广泛。
特别是在深海星际水下sites科学探索和观测中，可减轻潜水员的压力和风险，能帮助科研人员抓取各种样品（如岩石、海水等），完成大规模样本调查，进行立体地图测绘等工作。
此外，水下机器人还可以帮助科研人员进行气象监控、海底地震监测、生物学研究等工作。
可以说，水下机器人在海洋科学中的应用是非常全面的。
2、水下勘探水下机器人在油气勘探、水下矿产勘探、水下地质勘探等领域也有着广泛的应用。
它可以帮助人们完成寻找锂、铝、动力煤等矿产资源的任务；找到地震或海底火山的隐蔽原因；检测石油管道的损坏程度等等。
这些任务需要深入的探测和不少的时间，而水下机器人能够在水下环境中进行长时间稳定的采集和调查，避免了人类本身的限制并提高了勘探的正確率和效率。
3、水下测绘水下机器人在水下测绘领域的应用越来越普遍。
它可以帮助人们准确测量海底地形、水下文物、海洋生态等等，还可以对水下的水体、沉积物、地下水等问题进行检测。
4、水下灾害救援水下机器人在灾害救援领域的应用十分重要，尤其对于深海的灾害救援，更是难上加难。
水下机器人简介
水下机器人简介李洋 09生物技术2班 20090101310040摘要：本文主要介绍水下机器人发展的现状，和目前一些水下机器人的一些主要研究成果，从目前技术的水平以及人们对水下机器人的需求预测未来水下机器人的发展趋势。
关键词：水下机器人应用发展现状发展趋势1 概述水下机器人，也称无人遥控潜水器。
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。
从1953年美国研制出世界上第一艘无人有缆遥控潜水器到现在，其发展大致经历了三个阶段：1.1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。
1.2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。
1.3第三阶段1985年，潜水器又进入一个新的发展时期。
世界上许多国家开始研究各类用途的潜水器，如民用潜水器、军事潜水器等，并且取得了许多关键技术的突破和一些新的研究成果。
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。
2 水下机器人应用水下机器人之所以在近些年来一直受到许多国家的青睐，是因为它在许多方面有着重要的应用，多一个国家的经济、军事等的方面的发展，起着重要的作用。
2.1在军事方面的应用水下机器人在军事上应用领域非常广阔，主要的应用领域有：（1）水雷对抗。
美国现役的“近期水雷侦查系统”以及正在开放的“曼塔”水下机器人的主要用途就是鱼雷对抗。
水下机器人的研究与发展
水下机器人的研究与发展第一章引言水下机器人是一种能在水中自主运动、执行任务的自控机器人，其具有自主控制、智能化、自适应性等特点。
水下机器人的研究与发展对于深海资源开发、环境监测、海洋科学研究等领域具有重要意义。
本文将从水下机器人的发展历程、技术现状、应用领域等方面，对水下机器人的研究与发展进行系统性总结。
目的是帮助读者更好地了解水下机器人的相关技术、应用及发展前景。
第二章水下机器人发展历程水下机器人的发展始于20世纪50年代，当时主要是为了搜寻飞机、船舶等失事事件的废鱼雷。
随着科学技术的不断进步，水下机器人的应用范围也得到了不断拓展。
20世纪70年代，美国海军开始研制深海研究型水下机器人。
到了80年代，水下机器人开始应用于工业、科学、探险等领域，并逐渐实现了商业化。
21世纪以来，随着机器人技术的飞速发展和人们对深海的重视，水下机器人的发展速度也逐渐加快。
尤其是在航天、能源、环境等领域的需求推动下，水下机器人的应用领域呈现出快速增长的趋势。
第三章水下机器人的技术现状现代水下机器人技术主要涵盖机械、电子、通讯、导航、能源、材料等多个领域。
具体表现在以下几个方面：1. 结构设计：水下机器人结构设计是工程技术的核心之一，其结构设计需要兼顾机器人的稳定性和机动性。
如目前广泛应用于深海探索的自主式水下机器人通常采用高航程、低阻力、高矩系数的流线型结构，从而有效提高了机器人的稳定性和灵活性。
2. 传感器技术：水下机器人需要运用各种传感器进行水下环境的感知。
如声纳、摄像头、压力传感器、水下磁力计等传感器能够提供温度、深度、水质、物品位置等水下环境参数，进而通过机器学习算法对各种水下事件进行识别。
3. 控制系统：自主水下机器人的控制系统是其智能化的核心，它能不断诊断传感器信号，并推导出机器人面对水下环境的动态响应，从而实现水下机器人自主导航、任务执行等功能。
4. 能源系统：水下机器人的能源系统需适应不同水下深度，而目前具有高功率密度、长使用寿命等优点的锂电池已成为水下机器人的首选。
第3章水下机器人3.1水下机器人发展与分类
（2）剪切器
剪切器是直线运动型水下工具的代表，其工作原理是借助于动 力驱动系统产生足够大的推力，推动平行移动的剪切刀片来剪断各 种水下电缆和钢丝绳。剪切器一般应能剪断直径25·4mm以内的各种 电缆和钢缆。剪切器切断钢缆的能力除受液压油缸的缸径和液压油 源的压力限制外，还与切割刀的刃口尺寸、切割刀的材料及材料的 热处理状态有关。
(1)水下机器人本体 a. 潜水器 潜水器是携带观察和作业工具设备的运动载体。在开式框 架结构件上方的浮力块，保证潜水器全负荷时水中浮力基本为 零; 在水平、侧向和垂直方向都装有推进器，从而可实现三维 空间的运动。框架前部或必要的地方安置云台，在其上装有电 视摄像机和照明灯。 成像声纳、罗盘、深度压力 常规的传感器包括： 传感器、高度计等。 水下电子单元包括： 水下计算机、驱动器、控制模块， 安装在常压的密封仓内。
对吊放系统的要求是
(7)作业工具系统
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ROV 在救助打捞作业中可完成的具体任务为水下搜索、水下观 察、清除水下障碍、带缆挂钩、水下切割、水下清洗、水下打孔和 水下连接等。
水下搜索和水下观察主要由ROV所携带的水下摄像机和声纳设 备完成。具体的水下作业工具系统由通用水下工具和专用水下工具 组成。
（1）水下机械手
水下机器人开始下潜准备作业时，中继器可以作为下潜的压载 与水下机器人一起由皑装主缆吊放至作业深度。由于靠中继器的重 量下潜，不需要水下机器人推进器工作，既节省了能源也提高了下 潜的速度。
中继器一般具有系缆的收放功能、与水下机器人本体的锁栓功 能和通讯的中继功能。同时可在收放过程中对水下机器人本体起到 保护作用。
（6）破碎锤 破碎锤属于旋转运动型水下工具，具有直线冲击的性能。破碎 锤通过装在旋转马达上的凸轮去顶起带有负载锤头的弹簧，然后再 放松，这样能量就集中在每一次冲击之中。因破碎机构靠一凸轮操 纵，液压马达只能顺时针转动，为防止液压马达反转，液压回路申 装有止回阀。驱动破碎锤的动力执行元件与冲击扳手使用的相同。
水下机器人[1]
![水下机器人[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/99d6203a5901020207409c28.png)
3.1 水下机器人发展与分类
3.1.1 概述 海洋的诱惑
人类今天正面临着人口、资源和环境三大难题。随着各国经济 的飞速发展和世界人口的不断增加，人类消耗的自然资源越来越多， 陆地上的资源正在日益减少。为了生存和发展，人们开始向海洋进 军，向其他星球进军，海上石油的开采正是这一大进军的前哨战。
③海洋科学考察 海洋科学考察主要包括水文地质考察 (记录海底 地形、绘制海底地图、选择土样和岩石样本等)、海洋生物考察 (测 定海底生物形态，采集生物样本等)、海洋物理考察 (测定地球磁场， 考察石油、天然气、矿物资源，考察海底火山活动情况等 ) 、海洋 光学考察等等。 ④水下考古 确定水下文物位置和性质，采集文物样本，清理考 古现场，打捞文物等。
海洋占地球表面积的71％，它拥有14亿立方公里的体积。在海 底及海洋中，蕴藏着极其丰富的生物资源及6000亿亿吨的矿产资源。 海底锰的藏量是陆地的68倍，铜的藏量为22倍，镍为274倍，制造 核弹的铀的储藏量高达40亿吨，是陆地上的2000倍。海洋还是一个 无比巨大的能源库，全世界海洋中储存着2800亿吨石油，近140亿 立方米的天然气。因此，洋底的探测和太空探测类似，同样具有极 强的吸引力、挑战性。
3.1.5 水下机器人关键技术
①能源技术 有缆遥控水下机器人随着深度的增加，高电压的动力 输送和动力设备是必须的。目前3000V电压动力较为普遍地应用在 ROV 设备上。为了减少脐带电缆的尺寸和重量，将来 ROV 会采用 更高的电压等级。目前无缆水下机器人的能源较多是使用铅酸电池 和银锌电池。
②精确定位技术 目前水下机器人在水上采用GPS，水下定位采 用声学定位设备。水下GPS技术目前正在迅速地发展，自治导航的 精度预计将在5年内提高10倍。 ③零可见度导航技术 混水作业一直是水下机器人应用的最大障 碍，利用声学、激光技术以及计算机图形增强技术，将使这个难题 得到解决。 ④材料技术 在水中每增加10m的水深，外界压力将增加1个大气 压 (0.1MPa)。高强度、轻质、耐腐蚀的结构材料和浮力材料是水下 机器人重点发展的技术问题。
水下机器人技术的发展
水下机器人技术的发展随着人类对地球深海的探索，对水下科学研究的需求越来越大。
水下机器人作为与普通机器人相似的机器自主体，具备在水下作业的能力，被广泛应用于深海勘探、水下文化遗产探测、水下救援等领域，成为人类探索海洋奥秘的重要工具。
一、水下机器人技术的历史水下机器人的历史可以追溯到1960年代，当时美国海军研究实验室开发了一种名为Turtle的水下机器人，该机器人能够穿过深海中的窄缝，并拍下海底的图片。
随着技术的不断发展，早期的水下机器人逐渐实现了多自由度三维运动，可以更轻松地执行任务。
二、水下机器人的应用1. 深海勘探深海勘探是目前最主要的水下机器人应用领域之一。
水下机器人通过配合海洋科学家们的实地观测、样品采集和数据传输，能够协助开展深海生物学、地质学、天文学等多个领域的研究。
2. 水下文化遗产探测水下文化遗产是人类文明的宝库，由于环境限制，许多文化遗产至今尚未被有效保护和发掘。
水下机器人在此方面能够提供更直观、更深入的勘探及考古技术，并且避免了对遗产的破坏。
3. 水下救援水下救援是一项非常危险的任务，有时救援队员在进行搜救时自己会陷入困境。
水下机器人除了可以协助搜救队员搜寻受困人员的位置外，还可以直接进行紧急维修和设备调整工作。
三、水下机器人技术的未来1.更小、更轻便的水下机器人目前大部分水下机器人的体形庞大，对于低功耗、低运动能耗无法做到。
未来的水下机器人将趋向于更小、更轻便，以提高其性能和便携性，更好地适应深海科学研究。
2.人工智能技术的应用人工智能技术的迅速发展将促进水下机器人互联网技术的应用，智能化的水下机器人使得它们能够更好地完成各种复杂任务。
3.动力系统的提升水下机器人的动力系统是其发展的瓶颈，如何使其出海续航能力更长更稳定，将是未来水下机器人人们关注的重点。
总体上看，水下机器人技术的发展取得了显著进步，未来有望在区别于其他领域、更需要技术突破的深海探索方面发挥出更大的作用。
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AUV可分为预 编程型和智能型 智能型AUV则具有在未知环境申建立环境模型、 根据模型重新决策和规划的能力。这种机器人比 较复杂，是当前学术界研究的重点。 ROV控制
预编程型AUV控制
智能型AUV控制
3.4 有缆遥控水下机器人 3.4.1 系统组成
有缆遥控水下机器人通常由水下潜水器本体、 中继器、零浮力脐带缆、水上吊放系统、绞车系统、 铠装脐带缆、控制系统和动力系统组成
(1)水下机器人本体 a. 潜水器 潜水器是携带观察和作业工具设备的运动载体。在开式框 架结构件上方的浮力块，保证潜水器全负荷时水中浮力基本为 零; 在水平、侧向和垂直方向都装有推进器，从而可实现三维 空间的运动。框架前部或必要的地方安置云台，在其上装有电 视摄像机和照明灯。 成像声纳、罗盘、深度压力 常规的传感器包括： 传感器、高度计等。 水下电子单元包括： 水下计算机、驱动器、控制模块， 安装在常压的密封仓内。
3.1.5 水下机器人关键技术 ①能源技术 ②精确定位技术
③零可见度导航技术
④材料技术
⑤作业技术
⑥声学技术 ⑦智能技术
⑧回收技术
3.2 水下机器人结构 ①载体结构特点 ②推进模式
③动力供给
④ 密封及耐压 ⑤ 防腐技术 3.3 水下机器人控制 3.3.1 控制基本类型 遥控型水下机器人 自治型水下机器人 监控型水下机器人 3.3.2 控制方法 底层控制 高层控制
e.皑装主缆 在运动载体上安装摄像机、成像声纳，构成载 体的基本系统。在需要作业时，可再加装1--2 水下机械手和多种水下作业工具。
f.观察作业设备
g. 控制间
内放控制台及供电设备，简单维修设备等。它是水 下载体的驾驶、监视、操作、指挥中心。 a. 潜水器 b.中继器
水 下 机 器 人 本 体
c.吊放系统 d. 系缆 e.皑装主缆 f.观察作业设备 g. 控制间
3·3·3 控制系统结构及发展
有缆水下机器人和无绳水下机器人的控制技术既有相同之处， 也有不同之处，但两者的控制机理是相同的。从控制系统结构的角 度来看，它们的底层控制相同，只是高层控制有所不同。 有缆水下机器人 (ROV)控制系统的设备大体上可以分为三部分:
水上控制设备 水上控制设备的功能是监视和 操作水下载体，并向水下载体 提供所需的动力 水下控制设备的功能则是执行水面 的命令，产生需要的运动以完成给 定的作业使命 脐带电缆用来传递信息 和输送动力
(2) 控制系统 有缆遥控水下机器人的控制系统通常由水面控制、水下控 制、信息采集、信号传输、执行机构控制等儿个部分组成。 (3) 传感器 a· 监视系统 主要指用于水下机器人水下 搜索和水下观察的设备，一般包括有水下 摄像机、云台及照明、成像声纳、声学和 磁学定位系统等。
b· 监控系统 主要指介人水下机器人 运动控制和保障系统正常运行所需 要的传感设备，一般包括有深度计、 高度计、方向罗盘、温度、压力、 电压电流等。
动力、压力、温度、漏 系统监视所需要的传感元件包括:。 水等
b.中继器
Байду номын сангаас
为了能迅速、准确地将潜水器送到预定 工作水深和较快地收回到水面，同时为 了减弱母船摇摆及脐缆所受海流阻力给 潜水器运动和作业带来的附加阻力、干 扰和影响，一般有缆遥控水下机器人配 置中继器。中继器内储存系缆，并装有 系缆驱动收放机构，潜水器非工作状态 时将与中继器联锁在一起。
第 3 章 水下机器人
3.1 水下机器人发展与分类
3.1.1 概述 水下机器人是一种可在水下移动、具有视觉和感知系统、通过 遥控或自主操作方式、使用机械手或其他工具代替或辅助人去 完成水下作业任务的装置。
水下机器人具有四个基本特点。
(1)可移动性 (2)能够感知机器人的外部和内部环境特性 (3)拥有完成使命所需的执行机构 (4)能自主地或在人的参与下完成水下作业 3.1.2 水下机器人分类及用途
(5)中继器系统
中继器 (TMS)是有缆遥控水下机器人系统的重要设备之一。为 保持水下机器人本体在水下具有良好的动作灵活性、运动平稳性和 可操作控制性，在本体与吊放系统之间设置中继器。中继器直接由 皑装主缆吊放，在中继器与潜水器之间由具有中性浮力的系缆连接， 这样既消除皑装主缆、母船的升沉、纵倾和横摇等对它的影响，也 减少了本体推进系统所需功率，充分地发挥其本身的最大效率。
(4)动力及通讯 传输系统 a· 动力系统 为水下机器人水 上设备 (水面控制单元、控制 间、维修间、水面设备)和水 下设备 (中继器、水下机器人 本体)提供动力分配及保护措 施，所有电气设备都需满足 船用电气设备的规范要求。
b· 通讯系统 为水下机器人系统 的各个工作站点 (控制间、水面 设备、船长室)提供有线或无线 的通讯联系。
c.吊放系统 用以投放、回收中继器和潜水器。吊放系 统通常采用门形结构、液压驱动，并设有 消摆机构和脐带电缆的储存。
用于潜水器和中继器之间机械软连接及能源馈送和信息 传输。系缆套穿浮力材料以使其在水中为零浮力，从而 减小水流阻力对本体的干扰。 d. 系缆
在吊放架与中继器之间完成机械软连接、能源输送、 信息传输的作用。它是钢丝皑装结构，以便同时起 到吊放钢缆的作用，
AUV的控制问题涉及到许多方面
如机器视觉、环境建模、决策规划、回 避障碍、路径规划、故障诊断、坐标变 换、动力学计算、多变量控制、导航、 通讯、多传感器信息融合以及包容上述 内容的计算机体系结构等 AUV可分为预 编程型和智能型
预编程型是指AUV在完成使 命的过程中完全执行预定的程序， 在机器人下水前，操作人员根据 使命需求，采用专门的语言编制 使命程序，并将使命程序下装到 机器人上的控制计算机中
水下控制设备
脐带电缆
ROV控制系统由
航行控制系统、导航定位系统、 信息采集系统、观察系统、作业 设备控制系统、水面支持设备控 制系统、电缆等构成
目前，随着计算机技术在ROV中的广泛应用，人们将采 用更新型技术，如多媒体技术、临场感技术以及虚拟现实技术， 更形象化地实现对ROV的控制。 任何事物总是一分为二的，ROV的脐带电缆是一个不利因 素，它约束了ROV的活动范围，增加了水面设备的成本，在复 杂环境中尤其迸入复杂结构内部将危害着ROV的安全，因而解 脱这种束缚是各国水下机器人专家追求的目标，这就是自治水 下机器人AUV技术得以发展的理由。