水下机器人概述

　　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。

　　水下机器人满足近海海底鱼礁、藻场、海底状况调查，具有海底自动定深、自动定向功能。

水下机器人几个特殊问题

　　在本世纪*近的20多年内,水下机器人(指无人潜器)得到了很大发展,开发出了一批能工作在各种不同深度、进行多种作业的机器人,可用于石油开采、海底矿藏调查、救捞作业、管道敷设和检查、电缆敷设和检查、海上养殖及江河水库的大坝检查等领域。21世纪是开发海洋的世纪,随着开发海洋的需要及技术的进步,适应各种需要的水下机器人将会得到更大的发展。水下机器人本体所需的各种材料及技术已得到了较好的解决。 水下机器人可分为两大类:一类是有缆水下机器人,习惯称遥控潜器(Remote OperatedVehicle,简称ROV);另一类是无缆水下机器人,习惯称为自治式水下潜器(Autonomous Under-Water Vehicle,简称AUV)。除了上述共性问题外,还有几个特殊问题。

　　(1) 水下机器人控制问题

　　水下机器人是在水中运动的具有六个自由度的刚体,它本身就是一个强耦合的非线性系统;由于在水中运动,水动力(阻力)系数和运动速度的平方成比例;采用螺旋桨推进,推力和螺旋浆转速平方成正比。这一切使得控制问题变得很困难,特别是要求在定点进行作业时,上述原因造成在零速时的"零增益、零阻尼"现象,使得动力定位控制系统的刚度很难满足定点作业的要求。这是一个有待研究的问题。

　　(2)水下机器人回收问题

　　这是一个至今还没有完全解决的问题。目前,深水AUV水面回收是不现实的,这是因为深海区浪涌很大。海试经验表明,在4000米水深的洋面,风平浪静时浪涌也在3米以上,这样则很难保证回收时,机器人本体和回收装置在同一水平的波面上,这将带来极大的危险。水下50～100米回收是**可行的方案。从使用角度来看,这是一个十分重要的问题,它的解决,将大大减少回收时人身及设备的危险。

　　(3)水下机器人的通信问题

　　水下通信的**手段是水声。目前从国内外的情况来看,可靠的通信速率为1200波特率。通信时延取决于水声在水中来回一次所耗费的时间,水深为6000米时,传输时间就是8秒。传输的距离取决于使用的载波频率及发射的功率,对水下机器人来说,这两者都受到了很大的限制。通信时延是一个本质上不能克服的问题,因此如何在功率限制的情况下,提高通信的距离将是一个主要问题,目前通信距离仅十公里。随着通信距离的增大,AUV的作业范围也可随之增大。利用水声信息实现监控,必须克服传输时延所带来的困难。

　　(4)水下机器人的能源问题

　　这也是一个棘手的问题,限制AUV作业范围的主要因素是能源。研究开发比能率高的能源是一个长期努力的方向。在可以预见的将来,然料电池是一种可供选择的方案。未来可能用可变半衰期的核燃料的电池。在这些问题解决之前,可以利用前述回收装置作为中继站,进行水下充电,这样就可以利用两台AUV交替充电,实现水下无限期的作业。当然这样并不能解决AUV的大范围工作问题。

水下机器人结构

　　1、机身：

　　1) 框架结构，容易组装、维修及更换;

　　2) 便于携带及操作，重量应小于20kg;

　　3) *大耐压深度：≥300m

　　4) 材质：机身采用防腐蚀材料或有较好的防腐蚀处理。浮体部分采用纤维泡沫，耐压强度500PSI

　　2、推进器：

　　1) 推进器配置：推进器至少4只，其中进/退推进器至少2只;垂直升降推进器至少1只;水平侧向推进器至少1只。

　　2) 推进器动力：每只助推器功率不小于250瓦，每只推进器提供推力≥7.5kgf(17lbs)，磁性耦合驱动螺旋桨。

　　3) 静水航速：≥3节

　　4) 侧向抗流：≥1节

　　3、摄像头及灯光：

　　1) 摄像头配置：黑白摄像头1只，600线分辨率，0.0003lux;彩色摄像头1只，600线分辨率，0.01lux;

　　2) 镜头配置：黑白和彩色摄像头均配置广角镜头，摄像头可360度转动。

　　3) 灯光配置：采用两只高亮度的LED灯组，2 x 1400 lux

　　4、 脐带电缆：

　　1)电缆：电缆总长150m，中性零浮力电缆，并带凯夫拉加强，破断力为450KG。满足视频顺畅传输要求。

　　2) 绞车：配专用手动电缆绞车1只。

　　5、 手动控制器：

　　1) ROV要求具有自动定深、定位功能;

　　2)手动控制器可控制ROV所有功能，包括：推进器操作、ROV运动(升降、转向、前进后退、侧移平动)、灯光、摄像机转动，摄像机选择等等。

　　6、电源供应：

　　1) 满足国内市电要求的220V交流电源，如为其它电源制式，应配备专用可行的电源转换设备。

　　2) 亦可选择适合野外作业的电源供电。

　　7、视频显示与数据存储：

　　1) 配置12英寸LCD视频显示器;

　　2) 内置HDD大容量(不小于80G)存储设备。

　　8、避碰扫描声纳：

　　1) 机器人要求配置Imagenex852避碰扫描声纳;

　　2) 机器人应有为Imagenex852避碰扫描声纳提供数据传输和电源供应的集成专用通道，无需额外配置数据电缆。

　　3) 笔记本电脑，用于接收声纳图像，基本配置如下：屏幕尺寸：14英寸;CPU：Intel 酷睿i5，主频2.5G;内存：4G DDR3 1333MHz;硬盘：500G 5400转 SATA;

　　HDMI高清接口

　　4) 视频转化器及连接接口，用于将声纳视频转换输出至笔记本电脑;

　　5) *新版配套操作管理软件。