【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 別等技術(shù)。麻省理工學(xué)院的智能機(jī)器人 Odyssey II 主要用于海冰下的檢測(cè)和標(biāo)圖。斯坦福大學(xué)的 OTTER 的研究目的是使其成為科學(xué)和工業(yè)界在開發(fā)海洋的一種常用工具。美國(guó)的新罕布什爾州自主水下系統(tǒng)研發(fā)所與俄羅斯遠(yuǎn)東科學(xué)院水下技術(shù)研究所聯(lián)合開發(fā)出太陽(yáng)能自主水下機(jī)器人 ,其計(jì)劃的最終目的是開發(fā)一艘具有超過(guò)一年續(xù)航力的太陽(yáng)能自主水下機(jī)器人。美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)的布魯克斯()模擬人類大腦物理結(jié)構(gòu)的基于連接主義的反射性 ,以移動(dòng)式機(jī)器人研究為背景 ,提出以一種依據(jù)行為來(lái)劃分層次和構(gòu)造模塊的思路。它的特點(diǎn)基本與分層遞階體系相反。日本憑借其在智能機(jī)器人先進(jìn)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，在水下機(jī)器人方面也不甘落后，取得了突躍式的進(jìn)步，并且成為這個(gè)領(lǐng)域的佼佼者。智能水下機(jī)器人是將人工智能、自動(dòng)控制、模式識(shí)別、信息融合與理解、系統(tǒng)集成等技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)的載體上 ,在無(wú)人駕駛的情況下自主地完成復(fù)雜海洋環(huán)境中預(yù)定任務(wù)的機(jī)器人。日本對(duì)于無(wú)人有纜潛水器的研制比較重視，不僅有近期的研究項(xiàng)目，而且還有較大型的長(zhǎng)遠(yuǎn)計(jì)劃。目前，日本正在實(shí)施一項(xiàng)包括開發(fā)先進(jìn)無(wú)人遙控潛水器的大型規(guī)劃。這種無(wú)人有纜潛水器系統(tǒng)在遙控作業(yè)、聲學(xué)影像、水下遙測(cè)全向推力器、海水傳動(dòng)系統(tǒng)、陶瓷應(yīng)用技術(shù)水下航行定位和控制等方面都要有新的開拓與突破。這項(xiàng)工作的直接目標(biāo)是有效地服務(wù)于200米以內(nèi)水深的油氣開采業(yè)，完全取代目前由潛水人員去完成的危險(xiǎn)水下作業(yè)。歐洲方面，根據(jù)歐洲尤里卡計(jì)劃，英國(guó)、意大利將聯(lián)合研制無(wú)人遙控潛水器。這種潛水器性能優(yōu)良，能在6000米水深持續(xù)工作250小時(shí)，比現(xiàn)在正在使用的只能在水下4000米深度連續(xù)工作只有l(wèi)2小時(shí)的潛水器性能優(yōu)良的多。按照尤里卡EU191計(jì)劃還將建造兩艘無(wú)人遙控潛水器，一艘為有纜式潛水器，主要用于水下檢查維修；另一艘為無(wú)人無(wú)纜潛水器，主要用于水下測(cè)量。這項(xiàng)潛水工程計(jì)劃將由英國(guó)；意大利、丹麥等國(guó)家的l7個(gè)機(jī)構(gòu)參加。法國(guó)方面，1980年法國(guó)國(guó)家海洋開發(fā)中心建造了“逆戟鯨”號(hào)無(wú)人無(wú)纜潛水器，最大潛深為6000米。1987年，法國(guó)國(guó)家海彈開發(fā)中心又與一家公司合作，共同建造“埃里特”聲學(xué)遙控潛水器。用于水下鉆井機(jī)檢查、海底油機(jī)設(shè)備安裝、油管輔設(shè)、錨纜加固等復(fù)雜作業(yè)。這種聲學(xué)遙控潛水器的智能程度要比“逆戟鯨”號(hào)高許多。1688年，美國(guó)國(guó)防部的國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局與一家研究機(jī)構(gòu)合作，投資2360萬(wàn)美元研制兩艘無(wú)人無(wú)纜潛水器。1990年，無(wú)人無(wú)纜潛水器研制成功，定名為“UUV”號(hào)。，性能特別好，最大航速10節(jié)，能在44秒內(nèi)由0加速到10節(jié)，當(dāng)航速大于3節(jié)時(shí)，航行深度控制在土1米，潛水器動(dòng)力采用銀鋅電池。這些技術(shù)條件有助于高水平的深海研究。 國(guó)內(nèi)水下機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)從上世紀(jì)70年代開始較大規(guī)模地開展?jié)撍餮兄乒ぷ?起步較其他發(fā)達(dá)國(guó)家晚了很多，但是在過(guò)去的幾十年內(nèi)，我國(guó)水下機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展還是取得了很大的進(jìn)步，并且取得了一些重要的成果。我國(guó)先后研制成功以援潛救生為主的7103 艇(有纜有人)、I型救生鐘(有纜有人)、QSZ 單人常壓潛水器(有纜有人)、8A4 水下機(jī)器人ROV(有纜無(wú)人)和軍民兩用的HR—01 ROV,RECON IV ROV 及CR01A 6000m 水下機(jī)器人AUV(無(wú)人無(wú)纜)等, 使我國(guó)潛水器研制達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。2011年7月26日上午，中國(guó)載人潛水器“蛟龍”號(hào)在第二次下潛試驗(yàn)中成功突破5000米水深大關(guān)，最大下潛深度達(dá)到5057米，創(chuàng)造了中國(guó)載人深潛新的歷史，“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器5000米深潛成功，意味著中國(guó)載人深潛水平已位居世界前列。標(biāo)志著中國(guó)具備了到達(dá)全球70%以上海洋深處進(jìn)行作業(yè)的能力，極大增強(qiáng)了中國(guó)科技工作者進(jìn)軍深海大洋、探索海洋奧秘的信心和決心。水下機(jī)器人是一種技術(shù)密集性高、系統(tǒng)性強(qiáng)的工程，涉及到的專業(yè)學(xué)科多達(dá)幾十種，各學(xué)科之間彼此互相牽制，單純地追求單項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，就會(huì)顧此失彼。解決這些矛盾除有很強(qiáng)的系統(tǒng)概念外，還需加強(qiáng)協(xié)調(diào)。在滿足總體技術(shù)要求的前提下，各單項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的確定要相互兼顧。為適應(yīng)較大范圍的航行，從流體動(dòng)力學(xué)角度來(lái)看，水下機(jī)器人的外形采用低阻的流線型體。結(jié)構(gòu)盡可能采用重量輕、浮力大、強(qiáng)度高、耐腐蝕、降噪的輕質(zhì)復(fù)合材料。水下機(jī)器人工作在復(fù)雜的海洋環(huán)境中，由智能控制完成任務(wù)。由于工作區(qū)域的不可接近性，使得對(duì)真實(shí)硬件與軟件體系的研究和測(cè)試比較困難。為此在水下機(jī)器人的方案設(shè)計(jì)階段，要進(jìn)行仿真技術(shù)研究，內(nèi)容為兩部分：按給定的技術(shù)指標(biāo)和水下機(jī)器人的工作方式，設(shè)計(jì)機(jī)器人平臺(tái)外形并進(jìn)行流體動(dòng)力試驗(yàn)，獲得仿真用的水動(dòng)力參數(shù)。在建立運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型、確定邊界條件后，用水動(dòng)力參數(shù)和工況進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，解算各種工況下平臺(tái)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，根據(jù)技術(shù)指標(biāo)評(píng)估平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，如有差異,則通過(guò)調(diào)整平臺(tái)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。、軟件的仿真在水中對(duì)控制系統(tǒng)的調(diào)試和檢測(cè)具有很大的風(fēng)險(xiǎn)，因此有必要在控制硬、軟件裝入平臺(tái)前，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)先對(duì)單機(jī)性能進(jìn)行檢測(cè)，再對(duì)集成后的系統(tǒng)在仿真器上做陸地模擬仿真試驗(yàn)，并評(píng)估仿真后的性能。內(nèi)容包括動(dòng)密封、抗干擾、機(jī)電匹配、軟件調(diào)試。根據(jù)結(jié)果，進(jìn)行修改和完善。因而需研究和開發(fā)一套用于控制系統(tǒng)仿真的仿真器。仿真器主要由模擬平臺(tái)、等效載荷、模擬通訊接口、仿真工作站等組成。在仿真器上對(duì)控制系統(tǒng)的仿真，可以減少湖海試時(shí)的調(diào)試工作量，避免由海中不確定因素帶來(lái)的麻煩。目前，水下機(jī)器人用于水下目標(biāo)探測(cè)與識(shí)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。用時(shí)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(jī)器人，可用于偵察、探測(cè)、高分辨率成像，大面積地形地貌測(cè)量等，為水下機(jī)器人提供一種性能很好的探測(cè)手段。前視聲納的圖像采集和處理系統(tǒng)，在水下計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理下自主采集和識(shí)別目標(biāo)圖像信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的跟蹤和對(duì)水下機(jī)器人的引導(dǎo)。可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)，找出用于水下目標(biāo)圖像特征提取和匹配的方法，建立數(shù)個(gè)目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)，在目標(biāo)圖像像素點(diǎn)較少的情況下，較好的解決數(shù)個(gè)目標(biāo)的分類和識(shí)別。系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)結(jié)果，能提供目標(biāo)與機(jī)器人的距離和方位，為水下機(jī)器人避碰與作業(yè)提供依據(jù)。用于水下目標(biāo)的識(shí)別的三維成像聲納，是一個(gè)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(biāo)的形狀信息，為水下目標(biāo)識(shí)別提供了有利的工具。智能控制技術(shù)是提高水下機(jī)器人的自主性，在復(fù)雜的海洋環(huán)境中完成各種任務(wù)，因此研究水下機(jī)器人控制系統(tǒng)的軟件體系、硬件體系和控制技術(shù)十分重要。智能控制技術(shù)的體系結(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(dāng)于人的大腦和神經(jīng)系統(tǒng)。軟件體系是水下機(jī)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、通訊接口協(xié)議、全局性信息資源的管理及總體調(diào)度機(jī)構(gòu)。體系結(jié)構(gòu)的目標(biāo)與水下機(jī)器人的研究任務(wù)應(yīng)是一致的，也是提高智能水平（自主性和適應(yīng)性）的關(guān)鍵技術(shù)之一。不斷改進(jìn)和完善體系結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)對(duì)未來(lái)的預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)能力，使系統(tǒng)更具有前瞻性和自主學(xué)習(xí)能力。規(guī)劃與決策是指對(duì)自主式水下機(jī)器人在有海流區(qū)域工作時(shí)姿態(tài)和路徑的規(guī)劃與決策，主要確保水下機(jī)器人工作時(shí)艏向嚴(yán)格頂流。有兩種路徑規(guī)劃方法，一種是坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)法，基本思想是將坐標(biāo)系繞著Z軸旋轉(zhuǎn)，直到X正半軸方向指向來(lái)流方向，在工作中保證機(jī)器人的姿態(tài)始終與X正半軸方向一致。另一種是基于柵格的位形空間激活值傳播法。該方法能方便地實(shí)現(xiàn)各種優(yōu)化條件，并適用于各種復(fù)雜的環(huán)境，具有較佳的控制生成路徑能力和可擴(kuò)展性，而且算法本身具有內(nèi)在的并行性，很好地滿足了機(jī)器人艏向盡量頂流的要求。(定位)技術(shù)用于自主式水下機(jī)器人的導(dǎo)航系統(tǒng)有多種，如慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、重力導(dǎo)航系統(tǒng)、海底地形導(dǎo)航系統(tǒng)、地磁場(chǎng)導(dǎo)航系統(tǒng)、引力導(dǎo)航系統(tǒng)、長(zhǎng)基線、短基線和光纖陀螺與多普勒計(jì)程儀組成推算系統(tǒng)等，由于價(jià)格和技術(shù)等原因，目前被普遍看