水下机器人:海洋探索和开发的利器

       众所周知,地球表面的71%被海洋所覆盖,其面积达3.61亿平方公里之巨。从资源利用的角度看,海洋及其深层所蕴藏的渔业、矿产和石油等资源十分丰富。但是,鉴于海洋环境极端复杂,开发海洋资源较陆地要困难得多。水下机器人作为人类探索和开发海洋资源的一种利器,能够潜入人类不能到达的海域完成各种作业任务,在海洋测量、海底打捞、矿物勘探和紧急救援等场合正发挥着越来越重要的作用。        水下机器人有多种分类方法,若按其操控主体的不同,可将其分为三类:载人水下机器人(Human Occupied Vehicle,简称HOV)、遥控操作水下机器人(Remotely Operated Vehicle,简称ROV)和自主水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,简称AUV)。        HOV相当于一艘小型潜水艇,可运载工作人员进入深海开展各种复杂的水下考察、打捞、采样等活动。HOV体积庞大、造价高昂、危险系数较高,且运动不灵活,故多数HOV应用于科学研究,在实际中较少使用。

 
水下机器人:海洋探索和开发的利器          ROV由操作人员在船上远程控制其进行水下观察、检查、施工等作业。ROV一般通过脐带缆供给动力和传输数据,这在一定程度上限制了ROV的活动范围,同时脐带缆的断裂也会造成机器人的丢失。最早ROV是用于打捞武器、清除水雷等任务,但随着海洋经济的兴起,目前90%以上的ROV直接或间接服务于海洋石油工业。

 
水下机器人:海洋探索和开发的利器          AUV既不需要人员置身其中,也不需要人为的遥控操纵,只依靠其内置的控制系统进行自主控制,可以灵活自主地完成一系列水下作业任务。AUV具有活动范围广、潜水深度大、可穿梭进入复杂结构、无需水面支持等优点,代表了水下机器人技术的发展方向。但由于AUV需自带动力,造成其续航和负载能力有限,所以只适合完成一些短程和轻载的工作,如摄像、拍照、搜寻、测量等。

 
水下机器人:海洋探索和开发的利器          水下机器人的作业环境异常严苛,它要经受高盐度、高水压、洋流等各种不利海洋条件的考验,同时还要在水下执行各种复杂作业任务,其设计难度之大可想而知。在水下机器人的研究方面,欧美日等发达国家起步较早。1964年,美国的ALVIN HOV下潜到了6500米。1966年,无人遥控的CURV ROV诞生。1995年,日本海沟号(KAIKO ROV)机器人面世,下潜深度达到11000米。与国外相比,我国的水下机器人研究起步较晚,在整体上落后国外30年左右的时间。我国对于水下机器人的研发工作始于中科院沈阳自动化研究所,该所先后研制出能够下潜4500米的水下机器人“潜龙二号”(2013年)以及下潜深度达万米的自主遥控水下机器人“海斗号”(2016年)。由我国多个单位合作研发的“蛟龙号”载人潜水器最大下潜深度可达7020米,创造了作业类载人潜水器新的世界纪录。

 
水下机器人:海洋探索和开发的利器          目前,世界上已经开发出270多种、1000多台水下机器人,这其中,ROV已经实现工程化和产业化,并在水下作业活动发挥了很大的作用。而AUV作为一个新兴的领域,近年来也有了较大发展,但是还没有形成产业。未来的水下机器人将继续朝“无人化”、“智能化”和“自主化”的方向发展,AUV也将逐渐成为水下机器人发展的主流。  

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