水下機器人

大家好！今天讓創(chuàng)意嶺的小編來大家介紹下關(guān)于水下機器人的問題，以下是小編對此問題的歸納整理，讓我們一起來看看吧。

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本文目錄:

• 1、潛水機器人的用途有哪些？

• 2、生活中常見的機器人有哪些

• 3、潛入深海 使命必達

• 4、水下機器人的技術(shù)發(fā)展要點是什么？

一、潛水機器人的用途有哪些？

水下機器人的用途很多，如科學考察、打撈沉船、旅游探險等。但是對于海軍來講，它最重要的任務(wù)是發(fā)現(xiàn)及排除水雷，保證艦隊的安全及行動自由。當前，世界上水雷的種類繁多，什么錨雷、沉底雷、自掩埋水雷、自航水雷和遙控水雷等；按爆炸方式分又有觸發(fā)及非觸發(fā)水雷，后者又分為磁性水雷、音響水雷及水壓水雷等。今天即使一些欠發(fā)達的國家，也可在市場上買到各種先進的水雷，花錢不太多，作用卻非常大，它們對海上入侵者的威脅是極大的。目前，西方國家一般都用掃雷艦掃雷，利用艦上的遙控潛水器(ROV)發(fā)現(xiàn)及排除水雷。然而，ROV的速度慢，作業(yè)時間長，限制了母艦的行動。為此，許多國家的海軍正積極研制更加先進的智能型水下機器人：它們不僅能夠自主地探險、掃雷，而且可以作為水面、水下艦艇防不勝防的攻擊武器，其至就是一支戰(zhàn)斗力極強的機器人艦隊……可以預(yù)見，軍用潛水機器人必將成為21世紀的海戰(zhàn)先鋒。

二、生活中常見的機器人有哪些

一、水下機器人

水下機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)機器人。水下機器人最開始只是用作軍工、可科考等領(lǐng)域，目前在民用及大眾娛樂消費領(lǐng)域也有廣泛用途，如水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)控、水下捕撈以及水下拍攝、運動潛水、釣魚探測等，有的還能佩戴VR設(shè)備，不用下水就能身臨其境地看到水下美景。

使用場景：水下拍攝、運動潛水、釣魚探測、潛艇娛樂、漁業(yè)養(yǎng)殖等

二、掃地機器人

掃地機器人，又稱自動打掃機、智能吸塵、機器人吸塵器等，是智能家用電器的一種，能憑借一定的人工智能，自動在房間內(nèi)完成地板清掃、吸塵、擦地等工作。

使用場景：家庭清潔

三、迎賓機器人

不少迎賓機器人已經(jīng)設(shè)置成可以自由移動，第一面就讓人感受到濃濃的科技感，有的迎賓機器人會盡量設(shè)計的接近于人形，有的胸前也會配置一塊顯示屏，可以播放場地的宣傳內(nèi)容，也可以作其他相關(guān)展示和指引。

使用場景：迎賓指引

四、早教機器人

早教機器人是專門為兒童早教促進孩子學習興趣的教育類電子產(chǎn)品。能唱歌、跳舞、講故事等，教小孩拼音識字、互動娛樂，主張趣味學習，對幼兒注意力、思維能力等方面提升有很大幫助。

使用場景：拼音識字、講故事、互動娛樂等

五、無人機

這里說到的無人飛機并不是軍事上常說的用于戰(zhàn)爭上的機器，而是現(xiàn)在常被人用作在空中拍攝和飛行表演上。當然，也有人會用無人機來求婚表白，制造浪漫等。

使用場景：空中拍攝、飛行表演、制造浪漫

三、潛入深海 使命必達

水下機器人可以通過搭載各種傳感器，憑借其獨特的續(xù)航能力，實現(xiàn)大海域、超深海域等地域的海底地貌探測、海水鹽度、污染情況等信息采集，實現(xiàn)海洋生態(tài)環(huán)境勘測的智能化、信息化。近年來，水下機器人由最開始的軍工市場向民用及大眾 娛樂 消費市場拓展，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。它們代替人員在水下長期開展海洋勘察等科學研究，并且能夠抵達很多人類難以抵達的惡劣環(huán)境；作為水下監(jiān)測的輔助工具可以幫助養(yǎng)殖戶快速完成日常的監(jiān)測任務(wù)；對游艇船底進行檢測，方便及時進行保養(yǎng)；另外，其水下拍攝功能使得人不用下水就能實時觀看到海底畫面，帶上VR更是身臨其境，游玩體驗更加盡興。

無人無纜潛水器

“潛龍三號”是目前我國最先進的無人無纜潛水器。在深海復雜地形進行資源環(huán)境勘查時，“潛龍三號”具備微地貌成圖、溫鹽深探測、甲烷探測、濁度探測、氧化還原電位探測等功能。

“可變形”的水下機器人

美國一家公司研發(fā)了一款名為Aquanaut的“可變形”水下潛艇，可在潛艇與人形機器人模式間自由轉(zhuǎn)換，它的下潛深度高達300米，因此它可以到達水下的很多地方。

海下作業(yè)的螃蟹機器人

韓國海洋技術(shù)研究院研制出一臺六腳螃蟹機器人CrabsterCR200，未來用于淺海區(qū)的水下作業(yè)。目前由螺旋槳驅(qū)動的下水機器人和運載潛艇都不能應(yīng)付海底里的強勁暗涌，而這個螃蟹機器人是來取代它們的。根據(jù)設(shè)想，這個機器人可用于科學 探索 項目，安裝用于石油和天然氣的管道等設(shè)施。

智能追蹤水下無人機

約肯機器人智能追蹤水下機器人BW Space首次將圖像識別和智能追蹤技術(shù)應(yīng)用到水下機器人中，提供了一種全新 探索 海洋的方式，首次將圖像識別和智能追蹤技術(shù)應(yīng)用到水下機器人，基于強大的計算機算法和圖像識別及信息處理技術(shù)，可在水底對目標人物進行跟蹤拍攝，具有燈光自動調(diào)節(jié)和直播功能，可拍攝4K高清影像。

海底采礦機器人

加拿大多倫多的鸚鵡螺(Nau-ti1us)礦業(yè)公司與一家深海挖掘機專業(yè)公司合作，制造了3種遙控機器：海底挖掘機、深海機器人和真空抽吸機，它們可協(xié)同作業(yè)，從海底采集礦石，粉碎成適當大小的顆粒運送到地面。

水下搜索機器人

蝠鲼是海洋中最優(yōu)雅的生物，能夠幾乎毫不費力的滑行。新加坡國立大學的研究人員已經(jīng)創(chuàng)造了一種模擬蝠鲼的機器人。“蝠鲼機器人”的每一個胸鰭都有一個電動馬達提供動力，能夠用于執(zhí)行搜索和營救工作，而且也能夠進行水下調(diào)查和檢測，比如環(huán)境組織正在進行的那些水下調(diào)研。

可探測核反應(yīng)堆的水下機器人

日本東京電力公司使用一款名叫“迷你翻車魚”(Little Sunfish)的水下機器人，調(diào)查福島第一核電站3號機組反應(yīng)堆安全殼內(nèi)聚積的核污水情況，旨在找出熔落的廢棄核燃料的具體位置和形狀，為核廢料取出方案收集信息。（本報綜合報道）

四、水下機器人的技術(shù)發(fā)展要點是什么？

水下機器人的技術(shù)發(fā)展要點是什么？

下面通過幾個關(guān)鍵點和一些實際例子來說明一下。

水下機器人發(fā)展的六大關(guān)鍵技術(shù)

水下機器人是一種技術(shù)密集性高、系統(tǒng)性強的工程，涉及到的專業(yè)學科多達幾十種，主要包括仿真、智能控制、水下目標探測與識別、水下導航（定位）、通信、能源系統(tǒng)等六大技術(shù)。

仿真技術(shù)：由于水下機器人的工作區(qū)域為不可接近的海洋環(huán)境，環(huán)境的復雜性使得研究人員對水下機器人硬件與軟件體系的研究和測試比較困難。因此在水下機器人的方案設(shè)計階段，研究人員進行仿真技術(shù)研究的內(nèi)容分為兩部分。

其一，平臺運動仿真。按給定的技術(shù)指標和水下機器人的工作方式，設(shè)計機器人平臺外形，并進行流體動力試驗，獲得仿真用的水動力參數(shù)。一旦建立了運動數(shù)學模型、確定了邊界條件后，就能用水動力參數(shù)和工況進行運動仿真，解算各種工況下平臺的動態(tài)響應(yīng)。如果根據(jù)技術(shù)指標評估出平臺運動狀態(tài)與預(yù)期存在差異,則通過調(diào)整平臺尺寸、重心浮心等技術(shù)參數(shù)后再次仿真,直至滿足要求為止。

其二，控制硬、軟件的仿真?？刂朴?、軟件裝入平臺前，先在實驗室內(nèi)對單機性能進行檢測，再對集成后的系統(tǒng)在仿真器上做陸地模擬仿真試驗，并評估仿真后的性能，以降低在水中對控制系統(tǒng)調(diào)試和檢測所產(chǎn)生的巨大風險。內(nèi)容包密封、抗干擾、機電匹配、軟件調(diào)試。另外，上述所需的仿真器主要由模擬平臺、等效載荷、模擬通信接口、仿真工作站等組成。

水下機器人舉例：

智能控制技術(shù)：智能控制技術(shù)，旨在提高水下機器人的自主性，其體系結(jié)構(gòu)是人工智能技術(shù)、各種控制技術(shù)在內(nèi)的集成，相當于人的大腦和神經(jīng)系統(tǒng)。軟件體系是水下機器人總體集成和系統(tǒng)調(diào)度，直接影響智能水平，它涉及到基礎(chǔ)模塊的選取、模塊之間的關(guān)系、數(shù)據(jù)（信息）與控制流、通信接口協(xié)議、全局性信息資源的管理及總體調(diào)度機構(gòu)。

水下目標探測和識別技術(shù)：目前，水下機器人用于水下目標探測與識別的設(shè)備僅限于合成孔徑聲納、前視聲納和三維成像聲納等水聲設(shè)備。

合成孔徑聲納是用時間換空間的方法、以小孔徑獲取大孔徑聲基陣的合成孔徑聲納，非常適合尺度不大的水下機器人，可用于偵察、探測、高分辨率成像，大面積地形地貌測量等。

前視聲納組成的自主探測系統(tǒng)，是指前視聲納的圖像采集和處理系統(tǒng)，在水下計算機網(wǎng)絡(luò)管理下，自主采集和識別目標圖像信息，實現(xiàn)對目標的跟蹤和對水下機器人的引導。通過不斷的試錯，找出用于水下目標圖像特征提取和匹配的方法，建立數(shù)個目標數(shù)據(jù)庫。特別是在目標圖像像素點較少的情況下，較好地解決數(shù)個目標的分類和識別。系統(tǒng)對目標的探測結(jié)果，能提供目標與機器人的距離和方位，為水下機器人避碰與作業(yè)提供依據(jù)。

三維成像聲納，用于水下目標的識別，是一個全數(shù)字化、可編程、具有靈活性和易修改的模塊化系統(tǒng)?？梢垣@得水下目標的形狀信息，為水下目標識別提供了有利的工具。

水下導航（定位）技術(shù)：用于自主式水下機器人的導航系統(tǒng)有多種，如慣性導航系統(tǒng)、重力導航系統(tǒng)、海底地形導航系統(tǒng)、地磁場導航系統(tǒng)、引力導航系統(tǒng)、長基線、短基線和光纖陀螺與多普勒計程儀組成推算系統(tǒng)等。由于價格和技術(shù)等原因，目前被普遍看好的是光纖陀螺與多普勒計程儀組成的推算系統(tǒng)。該系統(tǒng)無論從價格上、尺度上和精度上，都能滿足水下機器人的使用要求，目前國內(nèi)外都在加大力度研制。

通信技術(shù)：目前的通信方式主要有光纖通信、水聲通信。

光纖通信由光端機（水面）﹑水下光端機﹑光纜組成。其優(yōu)點是傳輸數(shù)據(jù)率高（100Mbit/s）且具有很好的抗干擾能力。缺點是限制了水下機器人的工作距離和可操縱性，一般用于帶纜的水下機器人。

水聲通信是水下機器人實現(xiàn)中遠距離通信唯一的、也是比較理想的通信方式。實現(xiàn)水聲通信最主要的障礙是隨機多途干擾，要滿足較大范圍和高數(shù)據(jù)率傳輸要求，需解決多項技術(shù)難題。

能源系統(tǒng)技術(shù)：水下機器人、特別是續(xù)航力大的自主航行水下機器人，對能源系統(tǒng)的要求是體積小、重量輕、能量密度高、多次反復使用、安全和低成本。目前的能源系統(tǒng)主要包括熱系統(tǒng)和電-化能源系統(tǒng)兩類。

熱系統(tǒng)是將能源轉(zhuǎn)換成水下機器人的熱能和機械能，包括封閉式循環(huán)、化學和核系統(tǒng)。其中由化學反應(yīng)（鉛酸電池、銀鋅電池、鋰電池）給水下機器人提供能源，是現(xiàn)今一種比較實用的方法。

電-化能源系統(tǒng)是利用質(zhì)子交換膜燃料電池來滿足水下機器人的動力裝置所需的性能。該電池的特點是能量密度大、高效產(chǎn)生電能，工作時熱量少，能快速啟動和關(guān)閉。但是該技術(shù)目前仍缺少合適的安靜泵、氣體管路布置、固態(tài)電解液以及燃料和氧化劑的有效存儲方法。隨著燃料電池的不斷發(fā)展，它有望成為水下機器人的主導性能源系統(tǒng)。

水下機器人一旦突破技術(shù)瓶頸，其進口替代空間廣闊。但是由于在探測技術(shù)、工藝水平、綜合顯控、綜合導航與定位等技術(shù)上存在的較大差距，致使國產(chǎn)水下機器人的實際應(yīng)用受到限制。目前國內(nèi)不同領(lǐng)域的很多客戶，購買或租借國外現(xiàn)有產(chǎn)品，不僅價格高、配套服務(wù)難，而且有些產(chǎn)品并不適合中國海區(qū)的使用特點，產(chǎn)品機動性、抗流能力及作業(yè)能力都明顯不足。

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