水下机器人推进系统综述
水下机器人发展概述
水下机器人发展概述
随着科技的发展，水下机器人的技术也在迅速进步。
近年来，美国、欧洲、日本、俄罗斯等国家以及地区都在研发水下机器人，在技术性能、应用领域均取得了重大进展。
从技术性能上看，水下机器人在结构上已经能够分为潜水机器人、车辆型机器人等。
潜水机器人主要分为有操纵杆机器人和无操纵杆机器人；车辆型机器人分为滑行机器人、漂浮式机器人、泥浆机器人等。
同时，水下机器人技术性能也发生了巨大改变，如功率、速度、操作深度、运行时长等技术参数能力都不断提升。
在应用领域上，水下机器人也有了飞跃式的发展，不仅能够完成海底观察、打捞等任务，还可以用于水下照明、可抛设备安装、管道修复、沉船抢救、水下导航和通讯等。
同时，随着发达国家对水下机器人的重视，非洲、南美洲以及亚洲的发展中国家也加入了这一领域，以及相关技术的研究。
总的来说，水下机器人技术在过去的几十年里发展得非常快，被广泛应用于不同的领域和作业。
水下机器人设计及其应用
水下机器人设计及其应用一、引言近年来，随着科技的迅猛发展及人们对海洋资源的需求不断增加，水下机器人在勘探、采集、探测等领域得到了广泛应用。
本文将深入介绍水下机器人的设计原理及其在海洋勘探、深海研究等领域的应用。
二、水下机器人的设计原理1.水下机器人的结构水下机器人一般由浮力模块、动力系统、控制模块、传感器等部分组成。
其中，浮力模块主要用于维持水下机器人的浮力，在深海探测中，浮力模块通常由球型蓝色玻璃、聚氨酯泡沫、太阳能电池板等材料制成，并安装在其外壳的上部，以在海面上获得充分的日照能量。
动力系统主要提供机器人的前进动力，包括推进器、电动机、节流阀等。
控制模块则用于控制机器人的运行方向和速度，主要由计算机、控制器、信号处理器等组成。
传感器则主要用于检测水下机器人周围的环境信息，例如水温、水深、水压、溶解氧、光照等。
2.水下机器人的动力系统水下机器人的动力系统通常由立式或水平安装的一组推进器、舵机、电机、电源等组成。
推进器通常有螺旋桨、水流喷射装置、振荡器等，而电机则用于驱动各种设备。
电源则可以是电池、太阳能电池板、燃油电池等。
3.水下机器人的控制系统控制系统是水下机器人非常重要的一部分，其作用是控制机器人的运行，使其能够在水下完成需要的任务。
控制系统可以由一台单独的计算机控制，也可以由多个传感器和控制器组成。
控制器通常由多种传感器组成，例如水温传感器、水压传感器、声纳传感器等。
三、水下机器人的应用1.海洋探测水下机器人在海洋探测中有着广泛的应用，可以用于寻找石油、天然气、瑞氏波、气体水合物等，在深海地壳构造、地震构造、海底资源分布等方面起着重要的作用。
水下机器人还可以搭载各种海洋仪器，例如深海测量仪、海洋生物学仪器、物理化学分析仪等，以获得更为丰富的数据。
2.深海研究水下机器人因其能够潜入几千米深的水下，使其成为深海研究的有力工具。
水下机器人不仅可以搭载各种观测仪器，还可以进行深海岩芯采集、岩石取样等任务，从而为深入了解深海地貌、海底热液、深海生物等提供了重要的数据。
水下机器人概述和发展应用前景
水下机器人概述和发展应用前景随着人类社会的不断发展，对于海洋资源的需求也越来越大。
我国拥有着广阔的海域和资源，对于海洋的利用和保护具有重要的意义。
但是海洋的环境和条件十分苛刻，如何更好地利用和保护海洋资源成为了一个重要的问题。
而水下机器人的发展，为我们提供了一种全新的途径。
本文将对水下机器人的概述和发展应用前景进行探讨。
水下机器人的概述水下机器人是指能够在水下环境中移动、观测、采集等一系列活动的机器人设备。
它们具有自主控制和高效操作的特点，能够在海洋环境中完成高难度的任务。
水下机器人主要由机械结构、动力系统、传感器、控制系统和通信系统等组成，其中最核心的部分是控制系统，它能够实现水下机器人对于环境的感知、判断和决策。
水下机器人可以分成两种不同的类型：远程操作和自主运行。
远程操作型机器人又称作ROV（Remote Operated Vehicle），由操纵员通过遥控器对机器人进行控制。
而自主运行型机器人又被称为AUV （Autonomous Underwater Vehicle），它们通常配备了一套完整的传感器、计算机和控制系统，能够在没有人的干预下完成一系列任务。
水下机器人的发展在上世纪50年代初期，美国海军开始尝试使用水下机器人完成海洋勘探任务。
随着工业制造和计算机技术的不断发展，水下机器人的大规模研制和使用也逐渐得到了推广。
水下机器人的应用范围日益扩大，从最初的勘探和维修工作到现在的探测、采集、监测、安全等多个领域。
当前，全球水下机器人技术的发展趋势是向深海、高清晰度、多样化、高智能化、便携化等方向不断推进。
其中，下潜深度达到了11000米的2012“深海挑战号”可搭载16台人形机器人和10台AUV，并且成功深潜6509米，打破了深潜纪录。
现代水下机器人的技术发展，已经达到了可以协助载人潜水器进行深海考察、调查的水平。
水下机器人的应用领域目前，水下机器人已经在以下领域中得到了广泛的应用：海洋勘探水下机器人可以使用高精度的传感器设备对海底地形和海床资源进行探测，以协助确定采油区域，发现矿产资源和研究海洋生物和海洋地质信息等。
水下机器人结构范文
水下机器人结构范文水下机器人是一种用于在水下环境中进行各种任务的机器人，广泛应用于海洋科学研究、海洋资源勘探、海洋生态保护、海洋工程施工等领域。
水下机器人的结构设计是实现其功能的关键，下面将详细介绍水下机器人的常见结构。
1.机体结构机体结构是水下机器人的主体部分，它通常由机壳、球asteg、舵翼、鳍等组成。
机壳是水下机器人的外壳，起到保护内部设备的作用。
为了适应不同环境条件，机壳通常采用防腐蚀材料，如航空级铝合金、不锈钢等。
球asteg是机体外面的球形部分，其具有降低机器人与水流之间的湍流摩擦和阻力的作用。
舵翼和鳍是控制机体姿态的重要部分，通过改变其角度和面积，可以调节水下机器人的稳定性和机动性。
2.动力系统3.控制系统控制系统是水下机器人的“大脑”，负责控制机器人的运动和任务执行。
控制系统通常由嵌入式计算机、传感器和执行器组成。
嵌入式计算机是控制系统的核心，它负责接收传感器数据、进行数据处理和决策，并控制执行器实现机器人的运动和操作。
传感器用于感知机器人周围的环境和状态，常见的传感器包括水下相机、声纳、压力传感器、加速度计等。
执行器负责实际执行机器人的运动，例如推进器、舵翼等。
4.感知系统感知系统用于获取水下环境的信息，包括水温、水质、水流速度等。
感知系统通常包括水下相机、声纳、水质传感器等。
水下相机是水下机器人常用的感知装置，通过拍摄水下影像，可以获取水下环境的细节信息。
声纳是一种利用声音传播特性来感知水下环境的技术，通过发射声波并接收其回波，可以获取水下物体的位置、形状等信息。
水质传感器用于检测水下环境的水质参数，如PH值、溶解氧浓度等。
综上所述，水下机器人的结构设计包括机体、动力系统、控制系统和感知系统四个部分。
不同类型的水下机器人在结构设计上可能存在差异，但以上所述是水下机器人的基本结构。
随着科技的不断进步，水下机器人的结构也将不断演进和创新，为更好地适应各种水下任务提供更强大和可靠的支持。
水下机器人发展概述
水下机器人发展概述1水下机器人发展背景在浩瀚的宇宙中，有一个蔚蓝色的星球，那是人类赖以生存的地方——地球。
地球的表面积为5.1亿平方公里，而海洋的面积为3.6亿平方公里。
地球表面积的71%被海洋所覆盖。
在烟波浩渺的海洋深处，蕴藏着什么样的宝藏？是否存在着智慧生命？海底生物是怎样生活的？海底的地形地貌又是什么样的？所有这一切都使海洋充满了神秘的色彩，也吸引了无数科学家、探险家为之探索。
从远古时代起，人们就泛舟于海上。
从19世纪起，人们开始利用各种手段对海洋进行探察。
20世纪，水下机器人技术作为人类探索海洋的最重要的手段，受到了人们普遍的关注。
进入21世纪，海洋作为人类尚未开发的处女地，已成为国际上战略竞争的焦点，因而也成为高技术研究的重要领域。
毫不夸张地说，本世纪是人类进军海洋的世纪。
人类关注海洋，是因为陆上的资源有限，海洋中却蕴藏着丰富的矿产资源、生物资源和能源。
另一个重要原因是，占地球表面积49％的海洋是国际海底区域，该区域内的资源不属于任何国家，而属于全人类。
但是如果哪一个国家有技术实力，就可以独享这部分资源。
因此争夺国际海底资源也是一项造福子孙后代的伟大事业。
水下机器人作为一种高技术手段，在海底这块人类未来最现实的可发展空间中起着至关重要的作用，发展水下机器人的意义是显而易见的。
２水下机器人的定义与分类２．１水下机器人的定义与概述水下机器人也称作无人水下潜水器（ｕｎｍａｎｎｅｄｕｎｄeｒｗａｔｅｒｖｅｈｉｃｌｅｓ，ＵＵＶ），它并不是一个人们通常想象的具有类人形状的机器，而是一种可以在水下代替人完成某种任务的装置。
在外形上更像一艘微小型潜艇，水下机器人的自身形态是依据水下工作要求来设计的。
生活在陆地上的人类经过自然进化，诸多的自身形态特点是为了满足陆地运动、感知和作业要求，所以大多数陆地机器人在外观上都有类人化趋势，这是符合仿生学原理的。
水下环境是属于鱼类的“天下”，人类身体的形态特点与鱼类相比则完全处于劣势，所以水下运载体的仿生大多体现在对鱼类的仿生上。
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完成各种任务的机器人。
它们通常被用于海洋探测、海底矿产开采、海洋生态保护等领域。
水下机器人的工作原理是通过结合各种传感器和执行器，利用先进的控制系统实现对环境的感知和操控。
本文将介绍水下机器人的工作原理和关键技术。
一、感知技术水下机器人需要通过感知技术获取周围环境的信息。
首先是水下摄像机，它能够实时获取水下图像，使操作者能够通过监视器看到水下环境。
此外，声纳系统也是水下机器人的重要感知装置。
通过发射声波并接收回波，水下机器人可以获取目标的距离、方向等信息。
二、运动控制技术水下机器人的运动控制技术是实现机器人自主移动和姿态调整的关键。
首先是推进系统，通常采用螺旋桨或水动力推进器，通过改变推力的大小和方向实现机器人在水下的移动。
其次是姿态控制系统，包括陀螺仪、加速度计等传感器，用于检测机器人的姿态信息，并通过调整推进系统中螺旋桨的转速和方向实现机器人的姿态调整。
三、工作系统水下机器人的工作系统根据不同的任务需求而不同。
例如，海洋探测任务中常使用声纳系统和摄像机进行海底地形的测绘；海洋生态保护任务中可以安装水质检测仪器，用于监测水中的溶解氧、氨氮等参数；海底矿产开采任务中则需要安装矿产采集设备，用于采集海底的矿产资源。
四、通信技术水下机器人需要与操作者进行远程通信，以实现对机器人的实时监控和控制。
由于水下环境的特殊性，传统的无线通信方式难以使用。
因此，水下机器人通常采用声学通信技术，通过发送和接收声波来实现与地面设备的通信。
此外，水下机器人还可以使用光学通信技术，通过激光器和光接收器进行光信号传输。
五、能源技术水下机器人需要长时间在水下工作，所以能源技术对于其工作时间的保障至关重要。
常见的能源技术包括蓄电池和燃料电池。
蓄电池采用化学反应将化学能转化为电能，并通过供电系统为水下机器人提供持续的电力。
燃料电池则通过氢氧化合反应将燃料转化为电能，具有较高的能量密度和工作时间。
水下机器人系统的设计与优化
水下机器人系统的设计与优化随着科技的发展和人类对深海环境的探索，水下机器人逐渐成为了重要的科学研究工具。
而一个高效的水下机器人系统则是保证水下探测任务能够成功完成的关键。
本文将探讨水下机器人系统的设计与优化。
一、水下机器人系统的组成一个完整的水下机器人系统通常包括控制器、传感器、动力系统、通讯系统四个主要组成部分。
1、控制器控制器是水下机器人系统中的大脑，负责机器人的运动控制、决策和路径规划等任务。
基于惯性测量单元（IMU）和传感器信号，控制器能够获取机器人所在的位置、方向和速度等信息，进而对机器人进行精准的控制。
2、传感器传感器是水下机器人系统中最为重要的组成部分，它们能够获取水下环境中的各种信息，如温度、压力、深度、湿度等，从而为机器人决策提供必要的数据支持。
典型的水下机器人传感器包括陀螺仪、加速度计、罗盘、声呐、相机等。
3、动力系统动力系统是水下机器人系统的能量来源，是机器人实现自主运动所必需的。
针对水下环境，机器人通常采用电能、化学能、油压能等方式进行动力提供。
4、通讯系统通讯系统是水下机器人系统中不可或缺的组成部分。
由于水下环境具有高压、低温、高湿等特点，因此，通讯系统必须能够快速、稳定地传输大量数据，并能够保证通讯安全。
二、水下机器人系统的设计与优化水下机器人系统的设计与优化涉及到多个方面，其中包括机器人系统架构设计、传感器选型、控制算法设计、动力系统设计等。
1、机器人系统架构设计机器人系统架构设计包括硬件和软件两个方面。
在硬件方面，需要关注机器人的形状、大小、质量和重心等特征，以及控制器、传感器、动力系统的选型和设计。
在软件方面，则需要设计合适的控制算法、路径规划算法和机器人与外部环境交互的程序接口等。
2、传感器选型传感器的选型需要根据机器人所需进行的任务来选择。
一般来说，水下机器人必须具有测量深度、温度、湿度、氧气、盐度、海底地形等信息的能力。
此外，还要考虑传感器的精度、重量以及通讯协议等因素。
水下滑翔机工作原理
水下滑翔机工作原理水下滑翔机是一种利用自然浮力和机械推进相结合的水下机器人，主要用于海洋科学研究、海洋环境监测等领域。
它可以在深海中快速、高效地进行数据采集和传输，具有极高的实用价值和应用潜力。
本文将介绍水下滑翔机的工作原理，包括推进、控制、数据采集等方面。
一、水下滑翔机的基本结构水下滑翔机主要由机身、推进系统、控制系统和传感器系统等组成。
机身通常由轻质材料制成，具有良好的自然浮力。
推进系统包括水流推进器和转向舵，用来控制滑翔机的前进方向和速度。
控制系统主要包括电脑控制系统和通讯系统，用来控制滑翔机的运动轨迹和实现数据采集、传输等功能。
传感器系统则包括多种传感器，如水温传感器、盐度传感器、压力传感器等，在海洋环境中采集数据。
二、水下滑翔机的推进系统水下滑翔机的推进系统采用水流推进器，利用水的流动动力为滑翔机提供推动力，实现前进功能。
水流推进器主要由一个反转桨和一个螺旋桨构成，其中反转桨用来控制滑翔机的上下运动，而螺旋桨则用来提供前进推力。
水下滑翔机的推进方式与普通的潜艇或遥控水下机器人等有所不同。
普通的水下机器人通过螺旋桨等机械设备提供推进力，需要消耗大量的电能或燃料，同时也容易发出噪声，影响其在海洋环境中的应用。
而水下滑翔机采用水流推进器，不需要燃料或电能，直接利用海水流动动能，减少了能源消耗和噪声污染，提高了其工作效率和环境适应性。
水下滑翔机的控制系统主要由电脑控制系统和通讯系统两大部分组成。
电脑控制系统通过实时计算水流推进器的推力和转向舵的角度，控制滑翔机的运动方向和速度。
通讯系统则负责滑翔机与地面或其他水下设备之间的数据传输和接收。
这一过程通常采用声波通讯技术，将数据通过声波信号发送到地面接收设备进行解码和处理。
在水下滑翔机的运行过程中，控制系统可以实时接收传感器系统采集的各种数据，并根据需要进行分析或处理。
随着海洋科学研究和海洋环境监测需求的不断增加，现代水下滑翔机的传感器系统也越来越多元化和智能化。
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水下机器人推进系统综述
◎ 王重凯 尹辉 林鑫涌 赖寿荣 广东海洋大学
摘 要：随着科技的发展，水下机器人的性能越来越智能化，应用的领域也越来越广泛。本文
阐述了水下机器人的推进装置，介绍了水下机器人常见的推进装置类型和关键技术。
关键词：水下机器人 推进装置 关键技术
水下机器人按用途分类可分为
作业用水下机器人和观测用水下机
器人；按电源配置分类，可分为有缆
水下机器人（ROV）和无缆水下机器
人(AUV)；按运动方式分类，可分为
浮游式水下机器人、履带式水下机器
人和步行式水下机器人。近年来，随
着越来越多的国家重视海洋，如何
设计出多功能智能化的水下机器人
以及高效率的水下推进装置成为研
究重点。
国外对水下机器人研制较早，技
术也更加先进。自从1953年世界上
第一台水下机器人“Poodle”研发出
来后，世界各国也都开始了对水下机
器人研究机构的创建。2010年美国
科研人员研发出主要依靠海水热能
驱动的新型水下机器；2019年挪威
科技大学和kongsberg海事公司合
作研究出一款仿生机器蛇，可以更方
便的到达目的区域。我国开展对水下
机器人研究较晚，我国首台水下机器
人“海人一号”样机在1985年进行海
试并取得成功，此后国内水下机器人
研究层次不断上升新得高度。2018
年10月，我国自主研制的“海星号”
有缆水下机器人下潜深度突破6000
米，创造了我国有缆水下机器人最大
下潜深度；由中科院海洋所等机构
研发的“发现号”水下机器人，已经
执行数百个潜次任务，获取数千例岩
石、生物等样品。
1.水下机器人的推进系统
目前，水下机器人的推进装置主
要有螺旋桨推进器、液压推进器、泵
喷推进器、磁流体推进器、仿生推进
器、履带推进器等。
2.螺旋桨推进器
螺旋桨是指靠桨叶在水中旋转，
将电机转动功率转化为推进力的装
置。工作原理：由作用力与反作用力
的原理可知，当电机带动螺旋桨转动
时，产生对水的一个向后的力，那么
水也会对螺旋桨一个反作用力，以此
来驱动水下机器人。可以通过改变
驱动电机的转速参数以及螺旋桨的
转向来控制水下机器人的航速和航
向。目前大多数水下机器人采用多螺
旋桨协同推进方式，即通过对螺旋
桨分布的位置进行设计，然后通过
系统控制每一个螺旋桨的旋转，继
而达到控制机器人的姿态和驱动。
这种推进方式的优点是：螺旋桨在
一定速度下连续转动可以产生高效
的推进力。缺点是：在机器人较高速
度航行时，能量损失比较大。目前常
见的螺旋桨形式有：可调螺距螺旋
桨、导管型螺旋桨、串列型螺旋桨、
对转螺旋桨。我国研制的“蛟龙号”
载人下潜机器人采用的是多导管螺
旋桨协同推进。
3.液压推进器
液压推进系统因为由液压液体
流量来控制，所以增大了调速范围。
液压推进器采用安装螺旋桨推进，
通过增加推进器的个数来对机器人
姿态和航向的改变。液压推进系统
主要由液压动力单元、控制单元、执
行单元、液压油和其他辅助元件组
成，通过元件间的相互配合来驱动
机器人。现阶段水下作业级机器人基
本采用液压推进方式，这种推进方
式的特点：液压系统体积小、传动稳
定、通用性强、安全性高、良好的调
速性等。为了设计和调试液压系统，
采用计算机仿真，目前主要的液压仿
真软件有：AMESim、Matlab等，
其中AMESim应用范围最广。2014
年4月，我国国内首套应用于4500米
级水下机器人“海马号”的液压推进
系统在南海通过了海试验收。
4.喷水推进器
喷水推进器又称泵喷推进器，一
般将进水口、水泵和喷口等部件的综
合称为喷水推进器。原理是：水通过
进水口进入，由电机带动水泵将水加
速后经出水道，由喷口向后喷出，利
用反作用力推动机器人前进。采用喷
水推进器的优点：效率高、速度快、
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/ 珠江水运
·2019·07
学术
ACADEMIC
噪声低。缺点是：在推进器的进口不
设隔栅，容易进入杂物，设了隔栅也
会增加航行时的阻力；成本较高。泵
喷推进器应用在潜艇、鱼雷等
5.磁流体推进器
基本原理是电磁作用，具体说就
是海水通过进水口进入推进器内，
之后通过安装在机器人设备上的电
极在海水中施加电场并产生电流，
通电海水由于洛伦兹力的作用，海
水由出水口向船尾方向喷射，由作用
力与反作用力的原理来驱动机器人。
该推进方式的优点：安静可靠、隐
蔽、灵活。
6.仿生推进器
仿生推进的推进方式已成为水
下航行器的新方向。海洋生物越来
越受人们关注，海洋生物经过长时间
的进化，自身在水下具有良好的能动
性，可以在中狭小的空间进行灵活的
运动。科学家通过观测海洋鱼类，结
合鱼类的运动特点，将这些特点运用
到水下航行器中，研发出可以灵活运
动并且所受阻力小的仿生水下机器
人；通过研究分析鱼鳍的摆动振幅与
频率，运用到水下机器人中，可以更
好的提高推进速度和推进效率。在
研究仿生机器人的过程中，研究人员
采用杠杆和活塞等机构实现仿生运
动，虽然这种方式与传统螺旋桨推
进相比较有很大的推进效率，但是，
这些仿生机构很难实现如海洋生物
般的柔性运动，相比之下有很大的缺
陷。近年来，智能材料发展迅速，如
记忆合金和纳米碳复合材料等智能
材料，研究人员将智能材料运用到仿
生机器人中，研发出了新型的仿生机
器人。新型仿生机器人更加容易的
模仿出生物复杂的柔性运动。现阶段
研究人员对新型仿生机器人的驱动
和控制不够成熟，所以在今后的研究
中，如何利用智能材料的优点，并把
它运用到机器人中，继而提高驱动效
率，成为研究的一个重点。
7.履带式推进方式
采用电机带动履带继而驱动机
器人的方式。一般采用履带推进方
式的机器人都安装相互独立的电
机。采用了履带的水下机器人，多用
于贴底作业，以及复杂水底地形作
业。这种推进方式的优点是：具有良
好的越障能力。
8.步行式推进方式
步行式推进也类似与仿生推进，
根据螃蟹、蜘蛛等生物的爬行方式
而研发出的推进方式。在步行推进
方式中，如何设计驱动关节之间的连
接成为研究的一个重点，比如要考
虑传动时的传动效率，以及传动关
节的自锁能力。这种推进方式的优
点是：对一些水下未知的情况和环境
适应性较强，可以根据调整步态规划
实现在复杂水底行走。目前步行式水
下机器人有“四足、八足”等类型。
比如加拿大研发的仿生四足机器人
SCOUTⅡ。
9．混合推进方式
混合推进技术即不局限于在机
器人上安装一种推进方式，可以通过
安装多种推进设备对机器人的推进
功能进行补缺，使之更加完善，拥有
更加优异的推进效果。这种推进方
式的优点是：可以保持机器人工作时
的低速稳定性；具有较高的推进效
率。比如日本研发出的柔性长鳍尾舵
联合操控潜航器采用了螺旋桨和仿
生推进两种推进方式。
本文主要对当下水下机器人的
推进装置的类型和技术进行叙述。
鉴于科技的发展以及人工智能的进
步，水下机器人进入新得发展阶段。
在设计水下机器人时，要充分考虑对
驱动方式的选择，选择并设计出最
适合的推进方式。水下机器人的发
展带给人们许多便利，应用与安全搜
救、科研探索等领域。水下机器人推
进装置的发展，推进海洋资源和科
研的探索和研究，在很大程度上促
进了海洋事业的发展和崛起。未来的
水下机器人的发展会怎样？应该是
水下机器人完全自主执行任务？还是
使用机器人在水下航行但科学家在
不断的监控机器人状态？不管怎样，
高效率的推进是水下机器人研发人
员需要考虑的问题。
资助项目：大学生创新创业训练项
目（CXXL2019031）、广东海洋大学本
科生创新创业团队（CCTD201812）
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