水下機(jī)器人研究現(xiàn)狀與探索(完整版)
【正文】 以找到合適的替代材料，因此難以做到全柔性結(jié)構(gòu)。除了噴水推進(jìn)時(shí)的烏賊等動(dòng)物外，大多數(shù)魚類和鰭推進(jìn)時(shí)的烏賊等游動(dòng)的基本動(dòng)作單元都是柔性彎曲。圖 8 全柔性 Manta Robot 樣機(jī)傳統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式存在一些缺點(diǎn)：如重量大, 反應(yīng)不敏捷等, 使水下仿生機(jī)器人的發(fā)展和應(yīng)用受到了很大限制。該樣機(jī)驅(qū)動(dòng)源外置，且沒(méi)有負(fù)載空間，不利于自主控制和遠(yuǎn)距離航行。[7]圖 7 首臺(tái)胸鰭擺動(dòng)推進(jìn)仿生魚全柔性機(jī)體指仿生樣機(jī)制作采用柔性材料制樣機(jī)機(jī)體。表一：各種機(jī)器人特性比較[6] 驅(qū)動(dòng)以及推進(jìn)方式剛性機(jī)體結(jié)合簡(jiǎn)單形變?nèi)嵝孕伥?，?duì)仿生原型的機(jī)體結(jié)構(gòu)，尤其是胸鰭的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了大量的簡(jiǎn)化。 水下仿生機(jī)器人的問(wèn)題(The Problems of bionic underwater robot)水下仿生機(jī)器人發(fā)展至今，對(duì)其研究取得了一系列的成果，顯示出了廣闊的應(yīng)用前景和極強(qiáng)的生命力。此后，結(jié)合仿生學(xué)、機(jī)械學(xué)、電子學(xué)、材料學(xué)和自動(dòng)控制的新發(fā)展，仿生機(jī)器魚的研制漸成熱點(diǎn)。因此，AUV成為完成各種水下任務(wù)的有力工具，例如，在海洋工程領(lǐng)域，可用于施工前調(diào)查、施工中監(jiān)視、施工后巡檢，水下作業(yè)支援，水下施工、維護(hù)、維修等；在海洋科學(xué)研究領(lǐng)域，可以海洋環(huán)境數(shù)據(jù)采集，海床地質(zhì)地貌勘察，海洋考察，及冰下科學(xué)考察；在軍事領(lǐng)域，則可用于敵情偵察，水雷戰(zhàn)與反水雷戰(zhàn)，援潛救生等。從圖中可以看出：潛神小于1000m的機(jī)器人占總量的40%左右，這是由于絕大多數(shù)海洋資源在近海，近海水下生產(chǎn)活動(dòng)多，需求量最大；中等潛深（2000~4000m）的大約占26%主要服務(wù)于深水油氣生產(chǎn)及大洋中脊的科研活動(dòng)潛深大于7000m的占31%。美軍在 2014 年搜尋馬航客機(jī)殘骸出動(dòng)的“金槍魚”就屬于 AUV。它們依靠肌肉性靜水骨骼,活躍于從上千米的深海至海平面的廣闊海域。法蘭將海洋機(jī)器人的發(fā)展歷史分為4個(gè)階段 [1]，并將前3個(gè)階段稱為革命(revolution)：第一次革命在20世紀(jì)60年代，以3人潛水器為標(biāo)志；第二次革命為70年代，以遙控水下機(jī)器人的迅速發(fā)展為特征；第三次革命大體為80 年代，以自主水下機(jī)器人的發(fā)展和水面機(jī)器人(USV)的出現(xiàn)為標(biāo)志。關(guān)鍵詞: 水下機(jī)器人；深海探索；仿生；PRESENT STATE AND FUTURE DEVELOPMENT OF UNMANNED UNDERWATER VEHICLE TECHNOLOGY RESEARCHZHU YuxuanAbstract: In this paper, the history, present situation and future of Unmanned underwater vehicle technology are summarized. We also further describe the mobile robot technologies concerning Unmanned underwater vehicle . In addition, point out the advantages and disadvantages of these technologies . And the exploration of the robot which used to explore the deep sea in the future of material, structure, movement way, the power source, puts forward the idea imitating Vampire Squid. Broad practical application prospects can be expected. With the development of science and technology, bionic underwater robot will be improved in driving system made up by smart materials and lootion theories gradually, individual intelligence and team cooperation.Keywords: Unmanned underwater vehicle；the exploration of deep sea。螺旋槳推進(jìn)的水下機(jī)器人存在流體推進(jìn)效率低、動(dòng)作不靈活、噪音大、槳葉會(huì)傷害海洋動(dòng)物等問(wèn)題。[3]2 水下機(jī)器人分類 ( The categories of underwater robot )水下機(jī)器人在機(jī)器人學(xué)領(lǐng)域?qū)儆诜?wù)機(jī)器人類，它包括有纜遙控水下機(jī)器人(remotely operated vehicles, ROV)和自主水下機(jī)器人(autonomous underwater vehicles, AUV)2大類。ROV的有點(diǎn)在于動(dòng)力充足可以支撐復(fù)雜或大型的探測(cè)設(shè)備，信息采集和數(shù)據(jù)傳送工作快捷方便，數(shù)據(jù)采集量大，由于其操作控制和信號(hào)處理等工作全部由水面的計(jì)算機(jī)和工作站來(lái)完成，人機(jī)交互水平高于AUV，所以ROV的總體決策能力要高于AUV。AUV的能源完全依靠自身提供，往往自身攜帶可充電電池、燃料電池、閉式柴油機(jī)等。對(duì)魚類的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能、工作原理及控制機(jī)制等進(jìn)行模仿、再造，能提高水下機(jī)器人的推進(jìn)效率和速度，使水下機(jī)器人更適合在狹窄、復(fù)雜和動(dòng)態(tài)的水下環(huán)境中進(jìn)行監(jiān)測(cè)、搜索、勘
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