水下机器人教程

AUV自带能源，无绳水下机器人的控制模式采用自治控制方式。所谓自治 是指水下机器人具有一定的智能，在水中可根据水下环境和作业任务自动完成轨 迹规划、障碍回避、作业实施。受人工智能发展水平的限制，目前可实用的水下 机器人还不能完全实现自治控制，每次作业前由人对作业任务进行分解并进行任 务规划，以预编程的控制方式保证水下机器人按事先计划的程序完成作业。
CR-01水下机器人的本体长4.374米，宽0.8米，高0.93米，它在空气中的重量为 1305.15公斤，它的最大潜深6000米，最大水下航速2节，续航能力10小时，定位 精度10～15米。它是一套能按预订航线航行的无人无缆水下机器人系统，它可以 在6000米水下进行摄像、拍照、海底地势与剖面测量、海底沉物目标搜索和观察、 水文物理测量和海底多金属结核丰度测量，并能自动记录各种数据及其相应的坐 标位置。
1975年，第一个商业化的缆控水下机器人 RCV-225问世了。“RCV-225” 属于观察型水下机器人，外形就像一只球，所以叉称作 “眼球”。 据不完全统计，ROV的数量已经超过110种，全世界近300家厂商提供各种 ROV整机、零部件以及ROV服务。
早在50～60年代，人们就认识到了无绳水下机器人的意义，但是由于技术难度太 大，没能得到很大发展。70年代申期，由于微电子技术、计算机技术、人工智能 技术、导航技术的飞速发展，加上海洋工程和军事活动的需要，使无缆水下机器 人成为发展的热门。目前，世界上大约有四十几艘自治水下机器人，主要分布在 美国、法国、加拿大、俄罗斯和中国，水深从水面覆盖至6000，主要用途是海底 调查、资源勘探、科学考察、水下工程和军事目的。 1995年8月， CR-01 6000米无缆自治水下机器人研制成功，使我国机器人的 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
1.4 水下机器人应用领域
目前水下机器人广百度文库应用在民用和军事领域，以及在海洋、内湖环 境下的各类水下工程作业
(1) 军用有缆水下机器人
前面提到的美国海军的ROV-CURV最引人注目。它是专门用于美国海军实 验中心打捞沉没于水中的武器，其作业深度610m，1958年建成。在最初服役的6 年中，平均每年回收约100个鱼雷及其他装置。茬CURV的基础上，美国海军后 来又改迸建造了一艘CURV2和一艘CURV3，它们的作业深度分别增至为762m和 2300m。这类水下机器人的另一个重要作用是协助潜水员执行打捞作业。I973年 8月CURV3和载人水下机器人PISCES V共同打捞起另一艘沉没的载人潜水器 PISCES III。
由于载人潜水器是人身临危险环境的装备，它的生命维持系统等使得制造 与维持费用十分昂贵，而且使用不方便，70年代后载人潜水器的发展进入低谷。 随着技术的进步，可制造出无人的潜水器，代替人去深海的危险环境中工作，于 是水下机器人便应运而生，开始得到发展。 世界上第一个真正意义上的有缆水下机器人ROV—CURV，是在1960年由美 国研制成功的。它在西班牙外海找到了一颗失落在海底的氢弹，这件事在全世界 引起了极大地轰动，ROV技术也开始引起了人们的广泛重视。
众所周知，海底世界不仅压力非常大，而且伸手不见五指，环 境非常恶劣。不论是沉船打捞、海上救生、光缆铺设，还是资源勘 探和开采，一般的设备很难完成。于是人们将目光集中到了机器人 身上，希望通过机器人来解开大海之迷，为人类开拓更广阔的生存 空间。 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。
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。
1.3 水下机器人发展概况
从16世纪开始，人类开始制造具有真正意义的潜水装置。这种 潜水装置具有封闭空间，可以净化空气，具有观察窗并带有推进装 置。
关于第一艘 "现代化"的潜水器，通常认为是1890年下水的由 西蒙· 莱克制造的"阿尔戈纳特I"号 。 20世纪60年代中期到70年代申期是载人潜水器的鼎盛时期。目 前世界上有载人潜水器大约160艘，其中超过6000m的约有4艘。 1960年美国海军的深海潜水器‘特里斯特I“号下潜到11000m深的 马里亚纳海沟。”特里斯特“和法国的”阿基米德“是仅有的两艘 潜深超过6000m的深潜器，除此之外还有美国、法国、前苏联、日 本的一些载人潜水器能下潜到6000m的深处。美国1964年建造的" 阿尔文"号一直在使用，被认为是载人潜水器中最起作用和效率最 高的。
水下机器人
内容提纲

水下机器人发展与分类 水下机器人结构 水下机器人控制 发展趋势
水下机器人
1 水下机器人发展与分类
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。
水下机器人具有四个基本特点。
(1)可移动性 移动是指水下机器人在海底爬行、附着在结构物上行进或在海水 中浮游。 (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
1.2 水下机器人分类及用途
水下机器人，也称水下无人潜水器 (UUV)，另有一类可以无人也可以载人 的潜水器，也称双工潜水器。 无人潜水器主要分为:有缆遥控潜水器 (ROV)和无缆自治水下机器人 (AUV)，另 外还有海底爬行水下机器人和拖航式水下机器人等。 ROV是从水面进行控制，带有推进器、水下电视、水下机械手和其他作业 工具，能够在三维水域运动，由水面提供能源的装置 目前ROV广泛应用在海洋石油开发、救助打捞和水下工程中。ROV的重量 在几公斤至几十吨之间，航速为2～4kn。由于航速较低且配置设备较多，大多 ROV的结构为开放式框架结构。