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1 引言
2 简介
3 历史
4 技术背景
5 研究概况
6 发展趋势
引言
水下自动机器人(AUVs),也称为无缆水下机器人或自治水下机器人,这类水下机器人的活动不受电缆约束,其活动范围很大,可达上千公里。其次这种水下机器人的成本要低于其他两类水下机器人。因此无论从军事还是民用的角度看,AUVs有极其巨大的潜在应用前景。正是这个原因,AUVs的研究与开发受到世界各国的高度重视,并且成为国际海洋工程界的一个研究热点。
简介
当前水下自动机器人的发展趋势为更深、更远、功能更强大,特别是未来海上作战等军事需求的增加,给水下自动机器人的发展带来了无限生机,也预示着AUV 开始走向应用阶段。
历史
美国海军研制的AUV-AUSS
水下机器人也称作潜水器(Underwater Vehicles),诞生于20世纪50年代初。
美国海军研制的AUV-AUSS水下机器人的种类很多,其中载人潜水器、有缆遥控水下机器人(ROV)、水下自动机器人(AUV)是三类最重要的潜水器。回顾水下机器人的发展历史,我们从中可以看到人类征服海洋的进程。
最早出现的潜水器是载人潜器,这是人们在设计潜水球和潜艇微型化的基础上研制出来的,主要是替代潜水员在深海中进行潜水作业,可进行海洋考察、打捞、水下作业和救生。
20 世纪50 年代末期,美国华盛顿大学开始建造第一艘无缆水下机器人——“SPURV”,这艘AUV 主要用于水文调查。从60 年代中期起,人们开始对无缆水下机器人产生兴趣。但是,由于技术上的原因,致使AUV 的发展徘徊多年。随着电子、计算机等新技术的飞速发展及海洋工程和军事方面的需要,AUV再次引起国外产业界和军方的关注。进入20世纪90 年代,AUV 技术开始逐步走向成熟。
技术背景
21世纪是人类向海洋进军的世纪。深海作为人类尚未开发的宝地和高技术领域之一,已经成为各国的重要战略目标,也是国际上激烈竞争的焦点之一。水下机器人作为一种高技术手段在海洋开发和利用领域的重要性不亚于宇宙火箭在探索宇宙空间中的作用。水下机器人的种类很多,其中载人潜器、有缆潜器(ROVs)和自动水下机器人(AUVs)是三类最重要的潜器。
研究概况
中国研究成果
中国自制的CR-01 6000米
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,使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。
此后经过10多年努力,AUVs的研究和开发技术取得了丰硕的成果,使中国的AUVs技术达到了国际先进水平,并且取得重大应用成果。该课题由中国科学院沈阳自动化研究所、中国船舶科学研究中心、中国科学院声学研究所、哈尔滨工程大学、上海交通大学等10多个单位的150多名科研人员共同完成。
美国研究进展
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态水形成的海洋。深井热量探测器(DEPTHX)是一个重约3300磅的计算机化的潜水器,它能够自行做出决定。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、声纳和其它设备。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。
发展趋势
水下自动机器人
水下自动机器人代表了未来水下机器人研究的方向当前在各类水下机器人研究中,水下自动机器人是一个热点,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。
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