摘要:介绍了国内外典型水下机器人的性能特点,阐述了国内外水下机器人发展的历史及现状,总结了水下机器人发展中存在的一些关键问题,并对未来水下机器人领域的发展动向作出了展望.
0引言
机器人技术是集运动学与动力学理论、机械设计与制造技术、计算机硬件与软件技术、控制理论、电动伺服随动技术、传感器技术、人工智能理论等科学技术为一体的综合技术.它的研究与开发标志着一个国家科学技术的发展水平,而其在各种机械领域的普及应用,则显示了这个国家的经济和科技发展的实力.世界上许多国家为了推进本国的机器人开发事业,打入竞争日益激烈的国际高科技市场,不惜投入巨大的人力、财力来推动机器人技术的发展,开发出了许多类型的机器人.机器人的应用领域也逐渐从人工环境扩展到了水下和宇宙.随着人口数量的增长和科学技术水平的不断提高,人类已把海洋作为生存和发展的新领域,海洋的开发与利用已经成为决定一个国家兴衰的基本因素之一.从而使水下机器人具有更加广阔的应用前景.水下机器人设计是一项综合性的复杂工程,技术密集度高,是公认的高科技,它的研制水平体 现了一个国家的综合技术力量.
水下机器人一般可以分为两大类:一类是有缆水下机器人,习惯称为遥控潜水器(RemoteOperatedVehicle,简称ROV);另一类是无缆水下机器人,习惯称为自治潜水器(AutonomousUnderwaterVehicle,简称AUV).此外,按使用的目的分,有水下调查机器人(观测、测量、试验材料的收集等)和水下作业机器人(水下焊接、拧管子、水下建筑、水下切割等作业);按活动场所分,有海底机器人和水中机器人. 水下机器人在20世纪50年代初诞生时,由于所涉及的新技术还不够成熟,电子设备的故障率高,通信的匹配以及起吊回收等问题没有很好解决,因此发展不快,没有受到人们的重视.到了60年代,国际上开始两大开发技术,即宇宙和海洋开发,促使远距离操纵型机器人得到了很快的发展，到了80年代,由于海洋开发与军事上的需要,尤其是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,水下机器人才得到了很大发展,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、江河水库的大坝检查及军事等领域.目前，水下机器人大部分是框架式和类似于潜艇的回转细长体，随着仿生科技技术的不断发展，仿生鱼形态甚
至是运动方式的水下机器人将会不断发展。水下机器人工作在充满未知和挑战的海洋环境中，风、浪、流、深水压等各种复杂的海洋环境对机器人的运动和控制干扰严重，使得水下机器人的通信和导航定位十分困难，这是与陆地机器人最大的不同，也是目前阻碍水下机器人发展的主要因素。
1国外水下机器人的发展现状
国外从20年代开始现代潜水器研制,一直到60年代,主要是向深度挑战.1934年,美国潜水器潜入914m深度.1960年,人类终于下潜到海洋最深处10913m,即太平洋马里亚纳海沟.60年代,以美国“阿尔文”号深潜器为代表的第二代潜水器得到发展.这类潜水器带有动力,还配置了水下电视、机械手等,不仅可以观察,还可以进行一些简单作业和海洋资源调查等任务.“阿尔文”号以铅酸电池作为动力,下潜深度3658m.1961年,美国首先在潜水艇“脱里埃斯特”号装上机械手臂.1963年,美国开始执行深海发展计划在许多潜水调查船上安装机械手臂.1966年1月,美国人使用了一个名叫“科沃”的机器人,把因轰炸机失事落到700多米深海底的一颗安全地打捞起来.
1970年,美国深潜救生艇DSRV下水,最大下潜深度1069m,并配有7自由度机械手.一次可营
救24名人员.1979年,美、英联合进行DSRV救援演习获得成功,这是人类历史上第一次在水下由救生艇,向另一潜艇进行人员转移.70年代中后期,新一代无人遥控潜水器ROV使潜水器发展到了鼎盛时期.水下机器人开始大量取代过去由载人深潜器和潜水员所承担的工作,尤其是在大深度和危险的区域,发挥了更大的优势.海底调查机器人(SIR系统)是一个海底检测和检查用的机器人系统,履带式移动,装备着各种传感器和仪器、水下电视、照相设备以及现场土质试验装置.它可在母船操纵下下潜到70米深的海底,检测100米见方的区域.除了上述有缆水下机器人以外,还有一种无缆水下机器人,整个外形象一个.它由母船通过声波进行遥控,能按给定的航道、深度,以每小时6海里的速度航行.在最大速度时续航时间为6小时.
DUPLUSⅡ型水下机器人是英国DUPLUS公司1987年研制成的一种新型水下机器人.它的独到之处是可按有人、无人或有人加遥控等工作方式来使用.它的作业深度为750m,在载人时,由于水下视觉较直观,在水下摄影、观察和水下机动作业都比较方便HYBALL水下机器人是英国HYDROVISION有限公司于90年代开发研制的最新产品.它具有操纵简单、成本低廉、保养维修方便、性能先进可靠、功能齐全等优点.HYBALL水下机器人完全由水面控制单元内的计算机控制,操作员只要在水面使用操纵杆,便可控制机器人前进、后退、侧推、上升或下潜.
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