水下采集及清理兩用機器人研究現狀及進展

杜東艷 刁蘭娟 肖娜

基金項目：本文是2019年校級大學生創新創業訓練計劃項目“水下采集及清理兩用機器人的設計與研發”（項目編號：2019XSCXCY006）的研究成果之一;

2019年國家級大學生創新創業訓練計劃項目“水下采集及清理兩用機器人的設計與研發”（項目編號：201911834003）的研究成果之一;

黃河科技學院2018年教學改革立項項目“翻轉課堂—科技論文寫作”（項目編號：kg2018fz04）的研究成果之一;

河南省教改項目基于“兩性一度”的機械類專業課程群建設研究與實踐（項目編號：2019SJGLX496）研究成果之一;第九批重點學科——機械制造及其自動化的研究成果之一。

摘要：水下采集信息有助于了解當地環境還有資源發現，人類對水下探索的深度又有一定的限制，因水深的地方有超強的壓力，為了采集水下的一些物品，需要機器人代替人類，這樣才能在保證人類安全的同時也保證了樣品的完整性。由于水下輸送廢水管道的疏通對工作人員的考驗十分嚴峻，所以本文針對這兩種情況下產生的問題做了研究。

關鍵詞：便攜;采集;疏通;機械驅動

中圖分類號：TP242文獻標識碼：A文章編號：1672-9129（2020）03-0039-01

Abstract：underwatercontributestoanunderstandingofthelocalenvironmentandresourcediscovery，gatheringinformationforunderwaterexplorationdepthhascertainlimitations，andthereisstrongpressurebecauseofthedepthofthewater，someitemstogatherunderwater，needrobotsinsteadofhumans，soastoensurethesafetyofhumanwhilealsoensuresthattheintegrityofthesample.Becausethedredgingoftheunderwaterconveyingwastewaterpipeisveryserioustotheworkers，theproblemsarisinginthesetwosituationsarestudiedinthispaper.

Keywords：portable;Acquisition;Dredge;Mechanicaldrive

引言：近年來，水下機器人應用廣泛。其應用領域很是廣泛--可用于檢查大壩、橋墩上是否安裝爆炸物以及結構好壞情況;遙控偵察、危險品靠近檢查;水下基陣協助安裝/拆卸;船側、船底走私物品檢測[1]管道檢查、海洋石油業的開采、科研教學、水下娛樂、考古等。可以說為我們的探索、研發、開采等提供非常大的幫助。還有工業管道廢水的管道經常處于水下，而廢水排放過程中又經常遇到堵塞，目前水下機器人也沒有這方面的應用。如果是作業員處理污水排放管道的栓塞，一定會存在一定的危險性。所以現在缺少一種用于清理栓塞、采集樣品的兩用式機器人。因此，本文將圍繞對于此類水下機器人進行闡述。

1研究現狀及研究意義

1.1研究現狀。目前市面上的水下機器人的核心功能是是水下拍照功能。當前的水下取樣技術尚在不初級階段，還在不斷發展中，但是水下仍然存在著未知的情況，對于水下工作人員的安全以及樣品的完整存在著不確定性，所以水下采集機器人的完善顯得十分必要。

1.2研究意義。隨著水下機器人應用領域的不斷拓寬，研制-一種超小型自主水下機器人來代替人工進行些淺水區域的危險作業成為必要[2]。利用現有的材料和技術解決水下采集所遇到的這些問題，給工作人員減輕工作負擔，便于研究，使用我們設計的水下采集機器人可以有效保證樣品的完整性以及提高采集地方信息的靈活性。

2已有的基礎

2.1水下機器人。水下機器人也稱無人遙控潛水器，是一種工作于水下的極限作業機器人。無人遙控潛水器主要有：有纜遙控潛水器和無纜遙控潛水器兩種，其中有纜遙控潛水器又分為水中自航式、拖航式和能在海底結構物上爬行式三種。

2.2國內研究現狀。中國自主研發的水下機器人在初始階段就能攝像觀察、熱液環境參量測量[3]。近年來隨著“功能模塊”理念應用于水下機器人領域，水下機器人就已經可以做到根據與要選擇不同模塊來面對不同的水下作業。這幾年中國研發的水下機器人深海探索深度更是達到了近3000米，這表示水深的限制又一次被打破。

2.3國外研究現狀。由日本實施開發的水下機器人在遙控作業、聲學影像、水下遙控全向推力器、水下航行定位和控制都有新的突破。此次技術的應用主要是為了水下機器人能夠代替200米以內的工作人員完成為危險的水下工作。

3研究目標及主要內容

3.1研究目標。為了改善采集信息時工作人員周圍惡劣的環境，減少工作人員的勞動強度，保障工作人員的人生安全;機器的采集保證樣品的完整性;疏通管道、提高工作效率。

3.2主要內容。根據了解已存在的水下采集及清理兩用機器人，都是體積屬于中等偏上的體積，并且由于機器人都是有金屬結構組成，所以都十分笨重不方便工作人員的攜帶。那么一種我們就需要一種質量輕的金屬來滿足研究。總結即是：設計可靠的機械結構;采用可靠的控制方案;選擇合理的驅動方式。

3.3結果分析。對于水下機器人的體積問題，我們選擇制造一種小型的水下機器人，一是滿足罐、狹管的清理需求，二是滿足工作人員便于攜帶的欲求。選擇一種密度小、耐腐蝕性強、抗壓性高的金屬以便于攜帶、抵抗管道、廢水、海水對機器人表面的腐蝕和水深處由于壓強導致的壓力對水下機器人的破壞。

由于液壓傳動不能勝任于高速運動的裝置，而機器人要使用驅動產生的動力抵抗水底的壓力以及浮力，所以不能選擇液壓傳動作為水下機器人的驅動方式。氣壓的密封要求很高而且和液壓傳動存在一樣的缺點，因此氣壓傳動也不適用于水下機器人。電機驅動一般采用絲杠的方式，其速度、功率遠不勝于液壓傳動。故而也不適合做水下機器人的傳動方式。而機械傳動的傳動比高、能量損失少從而工作效率高，所以機械驅動相比較下做水下機器人的驅動方式最為合適。

3.4措施。選擇一種密度小、耐腐蝕性強、抗壓性高的金屬。機械驅動相比較下做水下機器人的驅動方式。

結論：綜上所述水下機器人的發展日趨成熟，研究目標是不受研究地點、水深壓力、工作模式的限制，致力于研制出采集及清理兩用的水下機器人。水下機器人作為一種高技術手段在海洋開發和利用領域的重要性也是不言而喻[4]。因此水下機器人在海底采集樣本判斷海底資源，清理疏通海底石油開采的輸送管道上有著非常大的作用，未來有望在海洋領域起到一定的作用。

參考文獻：

[1]機器人水下立功三年大案重見天日.ofweek機器人.2015-06-04;

[2]張翠英.超小型水下機器人推進器設計與分析[D].蘭州理工大學，2019;