水下機(jī)器人講課

水下機(jī)器人水下機(jī)器人什么是水下機(jī)器人？水下機(jī)器人也稱無人遙控潛水器，是一種工作于水下的極限作業(yè)機(jī)器人。水下環(huán)境惡劣危險(xiǎn)，人的潛水深度有限，所以水下機(jī)器人已成為開發(fā)海洋的重要工具。無人遙控潛水器主要有，有纜遙控潛水器和無纜遙控潛水器兩種，其中有纜避控潛水器又分為水中自航式、拖航式和能在海底結(jié)構(gòu)物上爬行式三種發(fā)展歷程第一階段第二階段第三階段第一階段從1953年至1974年為第一階段，主要進(jìn)行潛水器的研制和早期的開發(fā)工作。先后研制出20多艘潛水器。其中美國的CURV系統(tǒng)在西班牙海成功地回收一枚氫彈，引起世界各國的重視。1953年第一艘無人遙控潛水器問世，到1974年的20年里，全世界共研制了20艘無人遙控潛水器。特別是1974年以后，由于海洋油氣業(yè)的迅速發(fā)展，無人遙控潛水器也得到飛速發(fā)展。第二階段無人有纜潛水器的研制80年代進(jìn)入了較快的發(fā)展時(shí)期。1975至1985年是遙控潛水器大發(fā)展時(shí)期。到1981年，無人遙控潛水器發(fā)展到了400余艘，其中90%以上是直接；或間接為海洋石油開采業(yè)服務(wù)的。海洋石油和天然氣開發(fā)的需要，推動(dòng)了潛水器理論和應(yīng)用的研究，潛水器的數(shù)量和種類都有顯著地增長。載人潛水器和無人遙控潛水器（包括有纜遙控潛水器、水底爬行潛水器、拖航潛水器、無纜潛水器）在海洋調(diào)查、海洋石油開發(fā)、救撈等方面發(fā)揮了較大的作用。第三階段1985年，潛水器又進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期。80年代以來，中國也開展了水下機(jī)器人的研究和開發(fā)，研制出

美國的魚雷型機(jī)器人“海人”1號(HR-1)水下機(jī)器人，成功地進(jìn)行水下實(shí)驗(yàn)。[2]1988年，無人遙控潛水器又得到長足發(fā)展，猛增到958艘，比1981年增加了110%。[3]這個(gè)時(shí)期增加的潛水器多數(shù)為有纜遙控潛水器，大約為800艘上下，其中420余艘是直接為海上池氣開采用的。無人無纜潛水器的發(fā)展相對慢一些，只研制出26艘，其中工業(yè)用的儀8艘，其他的均用于軍事和科學(xué)研究。另外，載人和無人混合理潛水器在這個(gè)時(shí)期也得到發(fā)展，已經(jīng)研制出32艘，其中28艘用于工業(yè)服務(wù)。

結(jié)構(gòu)功能典型的遙控潛水器是由水面設(shè)備（包括操縱控制臺、電纜絞車、吊放設(shè)備、供電系統(tǒng)等）和水下設(shè)備（包括中繼器和潛水器本體）組成。潛水器本體在水下靠推進(jìn)器運(yùn)動(dòng)，本體上裝有觀測設(shè)備（攝像機(jī)、照相機(jī)、照明燈等）和作業(yè)設(shè)備（機(jī)械手、切割器、清洗器等）。結(jié)構(gòu)功能潛水器的水下運(yùn)動(dòng)和作業(yè)，是由操作員在水面母艦上控制和監(jiān)視?？侩娎|向本體提供動(dòng)力和交換信息。中繼器可減少電纜對本體運(yùn)動(dòng)的干擾。新型潛水器從簡單的遙控式向監(jiān)控式發(fā)展，即由母艦計(jì)算機(jī)和潛水器本體計(jì)算機(jī)實(shí)行遞階控制，它能對觀測信息進(jìn)行加工，建立環(huán)境和內(nèi)部狀態(tài)模型。操作人員通過人機(jī)交互系統(tǒng)以面向過程的抽象符號或語言下達(dá)命令，并接受經(jīng)計(jì)算機(jī)加工處理的信息，對潛水器的運(yùn)行和動(dòng)作過程進(jìn)行監(jiān)視并排除故障。開始研制智能水下機(jī)器人系統(tǒng)。操作人員僅下達(dá)總?cè)蝿?wù)，機(jī)器人就能根據(jù)識別和分析環(huán)境，自動(dòng)規(guī)劃行動(dòng)、回避障礙、自主地完成指定任務(wù)。結(jié)構(gòu)功能無人有纜潛水器的發(fā)展趨勢有以下優(yōu)點(diǎn)：一是水深普遍在6000米；二是操縱控制系統(tǒng)多采用大容量計(jì)算機(jī)，實(shí)施處理資料和進(jìn)行數(shù)字控制；三是潛水器上的機(jī)械手采用多功能力反饋監(jiān)控系統(tǒng)：四是增加推進(jìn)器的數(shù)量與功率，以提高其頂流作業(yè)的能力和操縱性能。此外，還特別注意潛水器的小型化和提高其觀察能力。優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)水下機(jī)器人可在高度危險(xiǎn)環(huán)境、被污染環(huán)境以及零可見度的水域代替人工在水下長時(shí)間作業(yè)，水下機(jī)器人上一般配備聲吶系統(tǒng)、攝像機(jī)、照明燈和機(jī)械臂等裝置，能提供實(shí)時(shí)視頻、聲吶圖像，機(jī)械臂能抓起重物，水下機(jī)器人在石油開發(fā)、海事執(zhí)法取證、科學(xué)研究和軍事等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。優(yōu)缺點(diǎn)缺點(diǎn)由于水下機(jī)器人運(yùn)行的環(huán)境復(fù)雜，水聲信號的噪聲大，而各種水聲傳感器普遍存在精度較差、跳變頻繁的缺點(diǎn)，因此水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，濾波技術(shù)顯得極為重要。水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制中普遍采用的位置傳感器為短基線或長基線水聲定位系統(tǒng)，速度傳感器為多普勒速度計(jì)會影響