水下机器人
水下机器人的基本概念
水下机器人的基本概念
水下机器人是一种能够在水下环境中执行任务的机器人。
它们通常被设计用于海洋研究、海底资源开发、海洋生态保护、海底考古等领域。
水下机器人具有耐高压、抗腐蚀、适应水下恶劣环境的特点，能够在深海、海底等水下环境中执行各种任务。
水下机器人通常由以下几个组件构成：
1. 机体结构：水下机器人通常采用防水密封的外壳，以保护内部电子设备免受水的侵蚀。
机体结构也需要具备一定的机动性，以适应水下环境的复杂地形。
2. 动力系统：水下机器人通常使用电池、液压系统或者燃料电池作为动力源。
这些动力系统可以提供足够的能量，让机器人在水下环境中长时间工作。
3. 传感器系统：水下机器人通常配备各种传感器，用于获取水下环境的信息。
常见的传感器包括声纳、摄像头、温度传感器、压力传感器等，这些传感器可以帮助机器人进行环境感知和目标识别。
4. 控制系统：水下机器人的控制系统通常由计算机和相关软件组成。
控制系统可以接收传感器的数据，进行信息处理和决策，并控制机器人执行相应的任务。
水下机器人的任务包括海底地形测绘、海洋生物观察、海洋资源勘探、海底设施
维护等。
它们在海洋科学研究和工程应用中发挥着重要作用，为人类对海洋的认知和利用提供了有力支持。
水下机器人工作原理
水下机器人工作原理水下机器人是一种能够在水下环境中执行各种任务的机器人。
它们不仅能够深入水下进行勘探和探索，还可以进行海洋资源开发、海底管线维修、水下考古等工作。
水下机器人是现代科技的重要成果，其工作原理涉及到机械、电子、通信等多个学科的知识。
本文将就水下机器人的工作原理进行探讨。
一、机械结构水下机器人的机械结构通常由机身、传动系统、操纵臂和控制面板组成。
机身是机器人的骨架，用于容纳各个功能模块和传感器。
传动系统包括航行和推进装置，通常采用螺旋桨和涡轮等方式，能够使机器人在水中自由移动。
操纵臂则用于执行各种作业任务，如维修、取样等。
控制面板则是操控机器人的核心，通过输入指令实现机器人的各项功能。
二、能源系统水下机器人的能源系统通常采用锂离子电池或燃料电池。
锂离子电池是目前水下机器人广泛使用的一种电池类型，其具有重量轻、容量大、充放电效率高等优点。
燃料电池则通过氢气和氧气的反应产生电能，具有长时间高功率输出的特点，但成本较高。
能源系统的选择主要取决于机器人的使用场景和任务需求。
三、传感器系统水下机器人的传感器系统主要包括声纳、激光雷达、摄像头等。
声纳用于水下导航和障碍物探测，能够通过声波的反射来获取周围的物体信息。
激光雷达则能够测量距离和检测物体形态，广泛应用于水下地形测绘和目标检测。
摄像头则用于拍摄水下图像和视频，提供视觉信息支持。
四、控制系统水下机器人的控制系统由计算机和相应的控制算法组成。
计算机负责接收和处理传感器信息，并根据预设的任务指令控制机器人的动作。
控制算法则是机器人智能行为和决策的关键，包括路径规划、自主避障、定位导航等方面的算法。
控制系统的设计需要考虑到水下环境的特殊性，如水压、温度等因素的影响。
总结：水下机器人的工作原理涉及到机械、电子、通信等多个学科的知识。
其机械结构包括机身、传动系统、操纵臂和控制面板。
能源系统通常采用锂离子电池或燃料电池。
传感器系统包括声纳、激光雷达、摄像头等，用于获取周围环境的信息。
水下机器人百度百科
水下机器人编辑水下机器人也称无人遥控潜水器，是一种工作于水下的极限作业机器人。
水下环境恶劣危险，人的潜水深度有限，所以水下机器人已成为开发海洋的重要工具。
无人遥控潜水器主要有，有缆遥控潜水器和无缆遥控潜水器两种，其中有缆避控潜水器又分为水中自航式、拖航式和能在海底结构物上爬行式三种。
中文名水下机器人时间1953年性质水面设备属性水下运动和作业目录1发展历程▪第一阶段▪第二阶段▪第三阶段2结构功能3应用领域▪安全搜救▪管道检查▪科研教学▪水下娱乐▪能源产业▪考古▪渔业4优缺点▪优点▪缺点5国际发展▪美国▪日本▪欧洲▪中国1发展历程编辑第一阶段从1953年至1974年为第一阶段，主要进行潜水器的研制和早期的开发工作。
先后研制出20多艘潜水器。
其中美国的CURV系统在西班牙海成功地回收一枚氢弹，引起世界各国的重视。
[1]1953年第一艘无人遥控潜水器问世，到1974年的20年里，全世界共研制了20艘无人遥控潜水器。
特别是1974年以后，由于海洋油气业的迅速发展，无人遥控潜水器也得到飞速发展。
第二阶段无人有缆潜水器的研制80年代进入了较快的发展时期。
1975至1985年是遥控潜水器大发展时期。
到1981年，无人遥控潜水器发展到了400余艘，其中90%以上是直接；或间接为海洋石油开采业服务的。
海洋石油和天然气开发的需要，推动了潜水器理论和应用的研究，潜水器的数量和种类都有显著地增长。
载人潜水器和无人遥控潜水器（包括有缆遥控潜水器、水底爬行潜水器、拖航潜水器、无缆潜水器）在海洋调查、海洋石油开发、救捞等方面发挥了较大的作用。
第三阶段1985年，潜水器又进入一个新的发展时期。
80年代以来，中国也开展了水下机器人的研究和开发，研制出美国的鱼雷型机器人“海人”1号(HR-1)水下机器人，成功地进行水下实验。
[2] 1988年，无人遥控潜水器又得到长足发展，猛增到958艘，比1981年增加了110%。
[3]这个时期增加的潜水器多数为有缆遥控潜水器，大约为800艘上下，其中420余艘是直接为海上池气开采用的。
【课件】水下机器人ROVppt
3.1.1 概述
水下机器人是一种可在水下移动、具有视觉和感知系统、通过 遥控或自主操作方式、使用机械手或其他工具代替或辅助人去 完成水下作业任务的装置。
水下机器人具有四个基本特点。
(1)可移动性 (2)能够感知机器人的外部和内部环境特性 (3)拥有完成使命所需的执行机构 (4)能自主地或在人的参与下完成水下作业 3.1.2 水下机器人分类及用途
制系统、电缆等构成
目前，随着计算机技术在ROV中的广泛应用，人们将采 用更新型技术，如多媒体技术、临场感技术以及虚拟现实技术， 更形象化地实现对ROV的控制。
任何事物总是一分为二的，ROV的脐带电缆是一个不利因 素，它约束了ROV的活动范围，增加了水面设备的成本，在复 杂环境中尤其迸入复杂结构内部将危害着ROV的安全，因而解 脱这种束缚是各国水下机器人专家追求的目标，这就是自治水 下机器人AUV技术得以发展的理由。
3.3.2 控制方法 底层控制 高层控制
3·3·3 控制系统结构及发展
有缆水下机器人和无绳水下机器人的控制技术既有相同之处， 也有不同之处，但两者的控制机理是相同的。从控制系统结构的角 度来看，它们的底层控制相同，只是高层控制有所不同。
有缆水下机器人 (ROV)控制系统的设备大体上可以分为三部分:
3.1.5 水下机器人关键技术
①能源技术
②精确定位技术
③零可见度导航技术
④材料技术
⑤作业技术
⑥声学技术
⑦智能技术
⑧回收技术
3.2 水下机器人结构 ①载体结构特点 ②推进模式 ③动力供给 ④ 密封及耐压 ⑤ 防腐技术
3.3 水下机器人控制 3.3.1 控制基本类型
水下机器人技术的研究及应用
水下机器人技术的研究及应用一、引言随着科技的发展，水下机器人技术逐渐成为研究热点，水下机器人技术具有重要的军事和民用价值。
水下机器人在深海探测、海洋环境监测、潜艇打捞、海底管道维修、海底采矿等领域拥有广阔的应用前景。
本文将介绍水下机器人的相关技术和应用。
二、水下机器人技术的研究1. 基础技术水下机器人的基本结构包括机械结构、推进器、电力系统、控制系统和传感器等，其中机械结构是机器人最基本的组成部分。
同时，水下机器人还需要具备足够的航行能力和自主控制能力才能完成各项任务。
推进器分为螺旋桨、翼型、喷水推进器等多种类型，电力系统则需要充分考虑水下运行的特殊环境。
传感器是水下机器人的“眼睛”和“耳朵”，可以通过声学、光电等方式感知周围环境。
2. 遥控技术水下机器人通常由地面遥控台掌控，遥控技术的发展对水下机器人的研究和应用至关重要。
目前，水下机器人遥控技术主要采用有线和无线遥控方式，无线遥控方式又分为声学和电磁两种。
有线遥控方式适用于近海和浅海环境，而无线遥控方式则可以覆盖更远的距离。
3. 自主控制技术自主控制技术是水下机器人发展的重要方向，可以使机器人具备更高的灵活性和自主性。
自主控制技术主要包括自主导航和自主探测等方面。
水下机器人需要进行自主导航以完成复杂的任务，其技术包括导航软件研发、传感器融合和位置估计等方面。
三、水下机器人应用1. 深海探测水下机器人在深海探测中具有良好的应用前景，可以对深海生物、深海地形和海洋底层资源等进行调查和勘探。
我国自主研发的“海龙”号载人潜水器、神舟号载人深潜器和深海鱼类等水下机器人在深海探测方面已经取得了重要的进展。
2. 海洋环境监测水下机器人可以通过配备一定的传感器来对海洋环境进行实时监测，包括水温、盐度、流速等参数。
这些数据对于海洋环境保护和气象预报等方面具有重要的作用。
3. 潜艇打捞海洋中漂浮的物品，如海底沉船、船只和飞机残骸等由于环境复杂、深海水压大等问题，传统的打捞方法难以实现，此时水下机器人就可以发挥重要的作用。
水下机器人特性分析及其控制方法
THANK的水下机器人能够根据预设的程序或人工智能技术 自主完成指定的任务，不需要实时的人工干预。这种方式可 以减少人力成本，提高工作效率，但需要预先进行充分的任 务规划和程序设计。
远程控制
总结词
通过远程计算机或其他智能设备对水下机器人进行控制。
详细描述
远程控制水下机器人通常是通过远程计算机或其他智能设备进行控制，操作员可以通过这些设备发送 指令，控制机器人的运动。这种方式可以减少操作员的工作强度，提高工作效率，但需要保证稳定的 通信链路和设备性能。
案例三：水下救援机器人
总结词
水下救援机器人主要用于水下搜救和救援行动，需要 具备快速响应、实时通信和远程操控能力。
详细描述
水下救援机器人通常装备有高速推进器和大容量电池， 以便快速到达救援现场。它们还配备有多种传感器，如 声呐、摄像头等，以寻找失踪人员或检测水下环境。同 时，水下救援机器人还需要具备实时通信能力，以便将 现场情况及时传递给救援人员。控制系统的设计也需要 充分考虑救援现场的实际情况，保证机器人的稳定操控 和快速响应。此外，水下救援机器人的材料选择和结构 设计也需要特别考虑，如采用轻质材料、设计防水的结 构等。
05
水下机器人案例研究
案例一：深海探测机器人
要点一
总结词
深海探测是水下机器人应用的重要领域，这类机器人需要 具备强大的推进力、稳定性和耐压能力，以应对深海的高 压和黑暗环境。
要点二
详细描述
深海探测机器人通常采用特殊的材料和结构设计，以确保 在深海高压环境下正常工作。它们通常装备有大功率的推 进器，以便在复杂的水流中稳定航行。此外，深海探测机 器人还需要配备多种传感器，如深度传感器、水温传感器 、水压传感器等，以收集深海环境数据。控制系统的设计 也需要充分考虑深海环境的特殊性，保证机器人的稳定操 控。
2024年水下机器人市场分析现状
2024年水下机器人市场分析现状引言水下机器人是指一类能在水下环境中进行任务的自主机器人。
随着科技的不断发展，水下机器人在海洋科学研究、海底资源开发、海洋救援等领域的应用越来越广泛。
本文将对水下机器人市场的现状进行分析。
水下机器人的分类水下机器人可分为自主式和遥控式两类。
自主式水下机器人具备独立执行任务的能力，通常可以在无人指挥的情况下完成任务；遥控式水下机器人则需要由人类操作员通过遥控器进行控制。
在市场中，自主式水下机器人的发展前景更为广阔，其具备更高的自主性和智能性，能够适应更复杂的任务环境。
水下机器人市场规模根据市场研究机构的数据，水下机器人市场规模逐年增长。
据预测，到2025年，水下机器人市场规模将达到200亿美元。
市场规模的增长主要受到海洋资源开发和海洋科学研究的推动。
随着全球各国对海洋资源的争夺加剧，水下机器人在深海矿产勘探、海底油气开发等领域的需求将继续增长。
水下机器人应用领域水下机器人有广泛的应用领域。
在海洋科学研究方面，水下机器人可以进行海底地形测绘、水质监测、海洋生物观察等任务，为科学家提供丰富的海洋研究数据。
在海洋资源开发方面，水下机器人可以进行深海矿产勘探、海底油气管道维修等任务，提高资源开发的效率和安全性。
在海洋救援方面，水下机器人可以进行海上溢油事故应急救援、潜水员搜救等任务，提供重要的救援支持。
水下机器人市场竞争态势目前，水下机器人市场竞争日趋激烈。
主要的竞争者包括海洋工程公司、航天航海研究机构和机器人技术企业。
这些企业通过技术创新和产品升级来提高市场竞争力。
同时，随着市场需求的增长，新兴企业也逐渐涌现，为市场带来更多的选择。
水下机器人市场发展趋势随着科技的不断进步，水下机器人市场有望呈现以下几个发展趋势：1.自主性增强：随着人工智能和机器学习等技术的发展，水下机器人将具备更高的自主决策和智能感知能力，能够应对更复杂的任务环境。
2.多传感器融合：水下机器人将通过融合多种传感器，如声纳、摄像机和激光雷达等，提高对水下环境的感知能力，从而更好地执行任务。
水下机器人应用场景
水下机器人的应用场景非常广泛，主要包括以下几个方面：
海洋探索与考古：水下机器人可以用于探索海洋神秘区域，调查海底地形、地貌和海底资源，以及辅助进行水下考古工作。
渔业养殖：水下机器人可以用于监测鱼群动态、投饵、捕捞等渔业生产活动，提高渔业养殖的效率和产量。
军事应用：水下机器人可以用于军事领域的侦查、目标跟踪、水下通信中继等任务，提高军事行动的效率和安全性。
管道检测与维护：水下机器人可以用于管道检测、维护和修复等工作，保障管道运输的安全和可靠性。
航道疏浚与测量：水下机器人可以用于航道的疏浚、测量和制图等工作，提高航道的通航能力和安全性。
深海资源开发：水下机器人可以用于深海资源开发，如海底矿物开采、海洋能开发等，促进海洋经济的可持续发展。
水下救援与打捞：水下机器人可以用于水下救援和打捞工作，协助救援人员快速定位和救助遇险人员，提高打捞工作的效率和安全性。
水质监测与保护：水下机器人可以用于水质监测和保护工作，协助科研人员对水域进行长期监测和数据分析，促进水域生态环境的改善和维护。
水下旅游与娱乐：水下机器人可以用于水下旅游和娱乐活动，为游客提供全新的观赏体验和水下探索的乐趣。
海洋牧场监测与管理：通过智能化的水下机器人系统，对海洋牧场的生态环境进行实时监测与管理，提高海洋牧场的生态平衡和可持续性。
总之，水下机器人的应用场景非常广泛，涉及到海洋经济、军事、环保、旅游等多个领域。
随着技术的不断进步和应用场景的不断拓展，水下机器人的应用前景将更加广阔。
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水下机器人应用
• • • 广泛应用：地下管道容器检查；科学研究教学；水下娱乐；能源、安全及考 古等 举例： 中国水下机器人首次在北冰洋海域冰下调查 “大洋一号”科学考察船第21航次自2009年7月18日从广州起航。就在 开始不久的第三航段考察中，“大洋一号”首次使用水下机器人“海龙2号” 在东太平洋海隆“鸟巢”黑烟囱区观察到罕见的巨大黑烟囱，并用机械手准 确抓获约7千克黑烟囱喷口的硫化物样品。常用“7000米载人潜水器”1∶6 模型 这一发现标志着我国成为国际上少数能使用水下机器人开展洋中脊热液调查 和取样研究的国家之一。 “鸟巢”黑烟囱区位于东太平洋赤道附近洋中脊扩张中心，水深约2700 米，是2008年“大洋一号”第20航次第三航段在该区新发现的5个热液喷口 区之一，因其地貌形态似国家体育场“鸟巢”而得名。 据第三航段首席科学家陶春辉介绍，依靠“大洋一号”船的精确动力定 位，中国自主研制的水下机器人“海龙2号”准确降落抵达“鸟巢”黑烟囱区 海底，并展开了摄像观察、热液环境参数测量。发现的巨大黑烟囱高达26米， 直径约4.5米，顶部喷冒滚滚黑烟，烟囱外壁从底到顶有虾和管状蠕虫群落等 热液生物，其周边分布着大小形态不一的黑烟囱群落，形成一个好似云南石 林的海底地貌。 “大洋一号”已经圆满结束的一、二航段考察也取得了大量成果和资料， 创造了声学深拖首次成功应用于大洋调查、首次取得高精度海底地形和浅地 层资料、首次发现两类海山浅埋藏型成矿结壳、首次实现光缆浅钻成功取样 等多项第一，为后续航段调查工作的顺利开展奠定了坚实基础。
水下机器人功能
• 潜水器的水下运动和作业，是由操作员在水面母舰上控制 和监视。靠电缆向本体提供动力和交换信息。中继器可减 少电缆对本体运动的干扰。新型潜水器从简单的遥控式向 监控式发展，即由母舰计算机和潜水器本体计算机实行递 阶控制，它能对观测信息进行加工，建立环境和内部状态 模型。操作人员通过人机交互系统以面向过程的抽象符号 或语言下达命令，并接受经计算机加工处理的信息，对潜 水器的运行和动作过程进行监视并排除故障。近年来开始 研制智能水下机器人系统。操作人员仅下达总任务，机器 人就能根据识别和分析环境，自动规划行动、回避障碍、 自主地完成指定任务。
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VideoRay Pro 系 统：深 度： 最大工作水深152米；可自动定深 速 度： 最大行进速度1.34米/秒 潜 器: 摄像头： 前面:570线分辨率、0.3lux彩色(广角可调焦)摄像头；180 度俯 仰“摇头” 后面：430线分辨率、0.1lux黑白摄像头 照明灯: 前面：2个20瓦卤素灯 后面:超高亮度LED灯阵 传感器： 深度压力传感器、罗经、开机时间累加计数器 其 它：有传感器接口 脐带缆：76米零浮力脐带缆 控制台：显 示： 用户自行配置显示器 输 出：有视频输出接口，可接显示、记录设备 选 件：加长脐带缆、TDS脐带缆收放系统、12伏800瓦逆变器、便携式电源包、 100毫米大推力水平推进器、15寸大屏幕显示器、大浮材(用于增加传感器)、计算机(无 线或互联网)控制、音频注释系统、记录设备、机械手、目标尺度估计激光器、专业电 池包、现场维修备件包、定位系统、图像声纳、辐射传感器、金属测厚计、多参数水 质检测传感器等。
水下机器人
英文名称：Undersea teleoperator underwater robot
机械电子工程: 于亮
水下机器人简介及发展
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定义：由水面遥控或有人工智能，能在水下 进行综合作业的机电装置，也称作无人遥控 潜水器。 1934年，美国研制出下潜934米的载人潜水 器。1953年又研制出无人有缆遥控潜水器。 其后的发展大致经历了三个阶段。 第一阶段 从1953年至1974年为第一阶段，主要 进行潜水器的研制和早期的开发工作。先后 研制出20多艘潜水器。其中美国的CURV系 统在西班牙海成功地回收一枚氢弹，引起世 界各国的重视。 第二阶段 1975至1985年是遥控潜水器大发展时 期。海洋石油和天然气开发的需要，推动了 潜水器理论和应用的研究，潜水器的数量和 种类都有显著地增长。载人潜水器和无人遥 控潜水器（包括有缆遥控潜水器、水底爬行 潜水器、拖航潜水器、无缆潜水器）在海洋 调查、海洋石油开发、救捞等方面发挥了较 大的作用。 第三阶段 1985年，潜水器又进入一个新的发展时 期。80年代以来,中国也开展了水下机器人 的研究和开发，研制出“海人”1号(HR-1) 水下机器人,成功地进行水下实验。
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• 发展趋势：一是水深普遍在6000米；二是操纵控 制系统多采用大容量计算机，实施处理资料和进 行数字控制；三是潜水器上的机械手采用多功能， 力反馈监控系统：四是增加推进器的数量与功率， 以提高其顶流作业的能力和操纵性能。此外，还 特别注意潜水器的小型化和提高其观察能力。
水下机器人构造组成
• 典型的遥控潜水器是由 水面设备（包括操纵控 制台、电缆绞车、吊放 设备、供电系统等）和 水下设备（包括中继器 和潜水器本体）组成。 潜水器本体（见图）在 水下靠推进器运动，本 体上装有观测设备（摄 像机、照相机、照明灯 等）和作业设备（机械 手、切割器、清洗器 等）。
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水下机器人其他类型
• • • • VideoRay Scout 系 统： 深 度: 最大工作水深76米 速 度： 最大行进速度0.98米/秒 潜 器: 摄像头：420线分辨率、0.3lux彩色摄 像头(广角、固定焦距) 照明灯： 2个20W卤素灯，灯光可调 脐带缆: 40米零浮力脐带缆 水下机器人控制台： 显 示: 5寸液晶显示屏 输 出： 有视频输出接口,可接记录设备 选 件: 加长脐带缆、TDS脐带缆收放系统、 12伏800瓦逆变器、便携式电源包、现场维修备件 包。 VideoRay Explorer 系 统：深 度： 最大工作水深76米；可自动 定深 速 度： 最大行进速度0.98米/秒 潜 器： 摄像头: 570线分辨率、0.3lux彩色摄 像头(广角可调焦)；180度俯仰“摇头” 照明灯： 2个20瓦卤素灯 传感器： 深度压力传感器、罗经、开机时间累 加计数器 脐带缆： 76米零浮力脐带缆 控制台： 显 示：5寸液晶显示屏 输 出：有视频输出接口，可接记录设备 选 件：加长脐带缆、TDS脐带缆收放系统、 12伏800瓦逆变器、便携式电源包、现场维修备件 包。