自主遥控水下机器人研究现状

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1、万方数据第8卷第2期2016年4月工程研究——跨学科视野中的工程JOURNALOFENGINEERINGSTUDIES8(2)：217—222Apr．，2016DoI：10．3724，SP．J．1224．2016．00217自主／遥控水下机器人研究现状李一平，李硕，张艾群(中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室，沈阳110016)摘要：在过去的二十年中，水下机器人技术得到了快速发展，各种新型的水下机器人不断涌现。本文介绍了一种新型混合式水下机器人一一自主／遥控水下机器人(ARV)，ARV结合了自主水下机器

2、人(AUV)和遥控水下机器人(ROV)的特点，自带能源并携带光纤微缆，具有多种工作模式，可实现大范围的精确调查和局部区域的定点作业，文章重点介绍自主／遥控水下机器人的国内外研究现状及成功应用的案例。关键词：水下机器人(UUV)；遥控水下机器人(ROV)；自主水下机器人(AUV)；自主／遥控水下机器人(ARV)中图分类号：P72文献标识码：A文章编号：1674—4969(2016)02．0217—06引言在过去的二十年中，水下机器人(UUV，UnmannedUnderwaterVehicle)技术得到了快速发展，逐渐

3、在军事、科学研究和商业领域得到广泛的应用。水下机器人也称为无人潜水器，按特点可分为两类：遥控水下机器人(ROV，RemotelyOperatedVehicle)和自主水下机器人(AUV，AutonomousUnderwaterVehicle)，通常前者依靠电缆提供的动力、后者依靠自身携带的能源驱动其在水下作三维空间运动。AUV和ROV各有其特点和不足，如AUV主要用于大范围的水下探测，不具备作业能力；ROV可在一定范围内进行精细作业，其深度和作业范围受脐带电缆的约束。自主／遥控水下机器人(ARV，Autonomou

4、s&RemotelyOperatedVehicle)是近十几年来发展起来的一种新型混合式水下机器人。ARV结合了AUV和ROV的特点，使其既具备AUV的功能，可实现较大范围的探测，又具备ROV的功能，能完成水下定点作业。ARV技术可以看成是观测型AUV向作业型AUV发展的一个必然阶段，由于当前人工智能等技术的发展还远远不能使水下机器人具有较高的智能，研究这类混合式水下机器人，可以使人类利用机器人探索海洋的活动得以延伸。1自主／遥控水下机器人的主要特点ARV是一种集自主水下机器人(AUV)和有缆遥控水下机器人(ROV

5、)特点于一身的新型的混合式水下机器人，具有开放式、模块化、可重构的体系结构和多种控制方式，自带能源并携带光纤微缆，可以在深海环境下，实现自主、遥控、半自主等不同作业模式下的区域搜索、定点观测以及水下轻作业，是一种理想的海洋探测和作业平台。通常混合式水下机器人是两种机器人优势的组合。ARV结合了AUV和ROV的特点，既可以收稿日期：2016—01—1l；修回日期：2016—02—02基金项目：全海深无人潜水器关键技术研究(XDB06050200)作者简介：李一平(1963一)，女，研究员，主要从事水下机器人控制系统、

6、新型水下机器人系统研究。E-mail：lyp@sia．ca李硕(1970一)，男，研究员，主要从事水下机器人控制系统、新型水下机器人系统研究。万方数据218工程研究——跨学科视野中的工程，8(2)：217—222(2016)作为AUV使用，进行较大范围的水下调查，也可以作为ROV使用，进行局部区域的精确调查和作业。因此，它兼顾了二者的优点，可在海洋环境下实现较大范围搜索、定点观测以及水下轻作业。这些特性是单一AUV或ROV不能全部拥有的，二者的结合使得一些海洋观测和作业应用成为可能。ARV与AUV相比，不仅实现了实

7、时数据交互，还可以完成水下轻作业，提升了系统的作业能力；相对于ROV，由于其可携带长距离光纤微缆，不仅扩大了水下作业范围，也降低了对支持母船的要求，降低了水面支持系统的复杂程度，减少了水面支持系统的体积和重量。在现有机器人智能水平条件下，ARV是当今国际研究水下机器人的一个热点，特别是在深海领域，代表着人类利用水下机器人探索海洋活动的重要方向。2自主／遥控水下机器人研究现状加拿大ISE公司的R．McFarlane对水下机器人(潜水器)的发展历史概括总结为四个阶段【1】，前三个阶段称为三次革命：第一次革命出现在二十世

8、纪60年代，以潜水员潜水和载人潜水器的应用为主要标志；第二次革命出现在70年代，以遥控水下机器人(ROV)迅速发展成为一个成熟的产业为标志；第三次革命发生在90年代以后，以自主水下机器人(AuV)走向成熟为标志。而现在则是混合型水下机器人的时代，这是因为任何一类水下机器人都有其局限性，为了应对越来越高的复杂使命要求，使用多种类型的水下机器人组合成新系统，是当