兩棲機器人的研究現狀

天津渤海職業技術學院， 天津 ?300400

摘要：隨著現代社會不斷地向前飛速發展，機器人技術已經與人類的生活建立了不可分割的關系。兩棲機器人是機器人的一種，由于它是對稱的結構，所以在環境適應性以及運動穩定性上都具有很大的優勢，并且已經廣泛地應用于各種領域中。因此對于兩棲機器人的研究已經成為機器人研究領域的一個熱門話題。

關鍵詞：兩棲;機器人;研究現狀

生產力水平不斷提高，推動了科技文明的不斷發展和創新，人類在短短的二十年內，先后經歷了PC電腦時代、互聯網時代、移動互聯網時代，科技創新和變革已經深入影響了人們的生活，與此同時機器人技術的發展正在逐漸的改變人們的生活方式。兩棲機器人由于其創新的結構，優良的運動特性對于諸多種類的機器人系統是一個重要的補充單元。近些年來，國內外諸多研究機構和企業公司加大了對兩棲機器人的投入產出研究，取得了一定的成果并開發了一系列機器人樣機[1]。

眾所周知，占地球表面積71%的海洋環境是一個豐富而遠未得到大力開發的資源寶庫，同時也是兵戎相見的戰場。21世紀，人類將面臨人口極速膨脹和生存空間、陸地資源匱乏和社會生產飛速增長、生態環境持續惡化和人類可持續發展三大嚴峻的矛盾挑戰，人類社會要想持續維持自身的長期生存、繁衍和發展，就必須有效充分的利用和開發海洋資源，這是迫在眉睫的抉擇。尤其對人均資源缺乏的我國來說，海洋資源的利用和開發愈發具有特殊的意義。因此，水下機器人將在海洋環境的監測、海洋資源的勘察、海洋科學的研究中發揮極其重要的作用。水下機器人的應用領域也在不斷的擴大和突破，例如海洋開發、海洋研究以及海洋工程等，在當今世界上，發達的軍事大國更是特別注重水下機器人在未來戰爭中的廣泛應用，水下機器人也將成為未來水下戰爭中在獲取情報信息、實施精確智能攻擊、完成特殊戰斗任務的重要軍事設備之一。當前水下機器人也正處在飛速發展的階段之中[2]。

機器人自誕生到現在發生了飛速的發展，已經在多個領域中取代了人類的工作。機器人的性能對執行任務的能力有著很大的影響。先進微處理器和智能控制的出現，使得機器人越來越多應用于軍事領域。近些年，傳感器技術、自主控制、導航定位、互聯網技術的不斷創新完善和飛速發展促進兩棲機器人在續航時間，環境適應性，人機交互，機動靈活性，運動速度等方面的性能持續不斷的得到大幅度提高。歐美一些發達國家相繼開發了智能化程度高、操作靈活、使用領域廣的軍用機器人能。同時為了滿足海上登陸作戰中的兩棲偵查、數據傳遞、障礙物爆破等工作要求，一些小型的兩棲機器人應運而生。同時兩棲機器人由于其廣泛的作戰領域、超強的環境適應能力、便于投放和回收，其可以充當水陸偵察系統、武器裝備、信息傳輸的載體，在數百里的水下空間完成環境探測、目標識別、情報收集和數據通信，應用前景十分廣闊。同時對于海洋資源的開發和利用，海底石油的開采、水下管道設施的維修，魚群的誘導都扮演著舉足輕重的作用。因此，發展兩棲機器人，對提升國家先進制造水平、大力開發海洋資源和維護國家海洋戰略，將發揮巨大的作用[3]。

隨著制造業成本的降低，低功耗控制芯片的誕生大大促進兩棲機器人在機動靈活性、復雜地形適應性、續航時間、速度穩定性，人機交互與信息融合等多方面性能的提升，使得兩棲機器人更加的集成性和智能化。兩棲機器人可以適合在多種復雜地形和水下環境作業，并具有良好的運動性能。通過攜帶一些導航設備、傳感器、工具、機械手等，使其能夠更好地應用于水雷探測、搜索救援、地形測繪、水下生態環境監控等特殊環境和場合。因而，兩棲機器人具有深遠的發展空間和應用前景。經過多年的飛速發展，兩棲機器人主要應用在導航定位、自動駕駛、測量設備和能源、自診斷和故障處理等方面，具有隱蔽性好，機動靈活，活動范圍較大的特點，而且結構比較簡單、尺寸較小、造價低，被廣泛地應用于民用和軍事領域。

在過去的幾十年中，國外的科研機構起步相對較早，其中以美國、加拿大、英國等發達國家為代表，它們的相關學術研究已經步入了世界的先進行列，取得的科研成果也較多。盡管大部分只是為了用于實驗測試，但是隨著技術的不斷進步和需求的持續增強，用于軍事作戰和海洋開發的兩棲機器人不斷開發問世和創新發展。由于兩棲機器人具備在軍事領域極大提高作戰效率的優勢，各個國家都十分重視兩棲機器人在軍事用途上的研發。

目前國內研究和開發兩棲機器人的單位還是比較多的，內容也是五花八門，百花齊放的。但是能夠代表國內先進水平的、真正地進入到實質性試驗階段的單位還是相對比較少的。研究比較好的是：中船重工715所研發的拖曳式水下機器人，上海交通大學研發的遙控式水下機器人，中科院沈陽自動化所研發的無人無纜水下機器人和哈爾濱工程大學研發的智能水下機器人等等

雖然國內外研究團隊在兩棲機器人的研究方面已經取得了重大的突破，但是目前仍然存在一些問題有待解決：

1、大多數的兩棲機器人的體積過于偏大，不利于機器人在狹窄的海域操作，同時有的機器人重量過重，不利于機器人靈活移動。

2、針對復雜的兩棲機器人系統，對它們穩定性的理論分析比較少，不利于實現機器人的穩定操作。

3、多數兩棲機器人只能在比較單一的領域進行運動，運動方式也比較單一，不能實現水陸兩種環境中作業，所以其不能適應復雜的環境。

4、部分兩棲機器人采用螺旋槳推進，噪聲比較大，所以隱蔽性比較差，而且會對水下的生態環境造成不好的影響。

參考文獻

[1] 朱大奇著. 水下機器人故障診斷與容錯控制技術. 國防工業出版社，2012： 1-3.

[2] 黃海編著. 遙控潛水器的控制體系結構及作業技術. 國防工業出版社，2011： 1-2.

[3] 陳亮. 一種新型的水陸兩棲球形機器人的研究[D]. 北京郵電大學，2012.

姓名：武國強，1991.03.06，男，籍貫：山西省孝義市，碩士研究生，助教，研究方向：人工智能，單位：天津渤海職業技術學院。