水下机器人-搜寻黑匣子

MH370失联客机截至2014年4月7日尚未找到，2014年4月7日，澳大利亚方面称，将使用水下机器人“蓝鳍21号”搜寻马航失联客机的黑匣子信号。水下机器人，又称无人遥控潜水器，是一种在水下工作的极限作业机器人，结构可分为水面操纵设备和水下工作设备两个部分，通常用于海底打捞和水下勘探等作业，工作水深可达6000米左右。 将使用水下机器人搜寻黑匣子信号，相信这是水下机器人又一重要应用领域。

结构功能

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）。

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。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。

无人有缆潜水器的发展趋势有以下见点：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。

美国

1988年，美国国防部的国防高级研究计划局与一家研究机构合作，投资2360万美元研制两艘无人无缆潜水器。1990年，无人无缆潜水器研制成功，定名为“UUV”号。这种潜水器重量为6.8吨，性能特别好，最大航速10节，能在44秒内由0加速到10节，当航速大于3节时，航行深度控制在土1米，导航精度约0.2节/小时，潜水器动力采用银锌电池。这些技术条件有助于高水平的深海研究。另外，美国和加拿大合作将研制出能穿过北极冰层的无人无缆潜水器。据报导，在1993年前，这种穿越北极冰层的无人无缆潜水器将会问世，美国将建造两艘，英国也建造两艘，瑞典将建造一艘。

无人有缆潜水器的研制开始于70年代，80年代进入了较快的发展时期。

日本

1987年，日本海事科学技术中心研究成功深海无人遥控潜水器“海鲀3K”号，可下潜3300米。研制“海鲀3K”号的目的，是为了在载人潜水之前对预定潜水点进行调查而设计的，供专门从事深海研究的，同时，也可利用“海鲀3K”号进行海底救护。“海鲀3K”号属于有缆式潜水器，在设计上有前后、上下、左右三个方向各配置两套动力装置，基本能满足深海采集样品的需要。1988年，该技术中心配合“深海6500”号载人潜水器进行深海调查作业的需要，建造了万米级无人遥控潜水器。这种潜水器由工作母船进行控制操作，可以较长时间进行深海调查。这种潜水器可望在1992年内建成，总投资为40亿日元。日本对于无人有缆潜水器的研制比较重视，不仅有研究项目，而且还有较大型的长远计划。如今，日本正在实施一项包括开发先进无人遥控潜水器的大型规划。这种无人有缆潜水器系统在遥控作业、声学影像、水下遥测全向推力器、海水传动系统、陶瓷应用技术水下航行定位和控制等方面都要有新的开拓与突破。这项工作的直接目标是有效地服务于200米以内水深的油气开采业，完全取代由潜水人员去完成的危险水下作业。

欧洲

在无人有缆潜水技术方面，始终保持了明显的超前发展的优势。根据欧洲尤里卡计划，英国、意大利将联合研制无人遥控潜水器。这种潜水器性能优良，能在6000米水深持续工作250小时，比正在使用的只能在水下4000米深度连续工作只有l2小时的潜水器性能优良的多。按照尤里卡EU-191计划还将建造两艘无人遥控潜水器，一艘为有缆式潜水器，主要用于水下检查维修；另一艘为无人无缆潜水器，主要用于水下测量。这项潜水工程计划将由英国；意大利、丹麦等国家的l7个机构参加。英国科学家研制的“小贾森”有缆潜水器有其独特的技术特点，它是采用计算机控制，并通过光纤沟通潜水器与母船之间的联系。母船上装有4台专用计算机，分别用于处理海底照相机获得的资料，处理监控海弹环境变化的资料，处理海面环境变化的资料，处理由潜水器传输回来的其他有关技术资料等。母船将所有获得的资料。经过整理，通过微波发送到加利福尼亚太平洋格罗夫研究所的实验室，并贮存在资料库里。

中国

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。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。

                                         中国首款水下机器人

从哈尔滨工程大学获悉，该校船舶工程学院大四学生李志富5人团队，在指导教师张铁栋带领下，依托水下机器人国防重点实验室，历时一年自主设计出国内首款“多功能智能水下机器人”，首次将“功能模块”理念应用于水下机器人领域。该款机器人可根据需要选择不同模块随时“换芯”、随时变身，可应对各种复杂水下作业。

这款机器人获得首届“全国海洋航行器设计与制作大赛”实物制作类特等奖。该项目中自主研发应用的永磁式平面磁传动推进器、永磁式平面磁传动机械手、改装水密接插件均属国内首创，具有重要的推广价值。

据该团队成员陶春泽介绍，现有水下机器人大都单体运作成本高，人们期待能设计出一款具有较高通用性和经济性的水下机器人，可满足不同任务的需求。为此，该团队创造性地首次将“功能模块”理念应用于水下机器人的研发中，设计出了这款具有多种功能的水下机器人。他们开发出了多种可供使用者选择的模块，并在机体上预留功能模块安装空间，用户可根据使用需求安装相关模块，真正实现一体多用。该团队已开发出水下维修、水下考古、自主避障、海底光缆铺设等模块。下一步，他们还将添加“水质清理”模块，用于实验室水池水质净化、池壁维修检测等。

水下机器人推进器多采用轴传动和电磁耦合两类，存在着密封性能不好、可靠性低、效率低等不足。为此，该团队潜心研发设计出永磁式平面磁传动推进器，利用磁铁异性相吸的原理进行传动，以静密封替代传统动密封，避免了因动密封产生摩擦生热，大大提高了机器人可靠性，节约资源的同时也提高了效率。同时，使用永磁铁改变了电磁铁耗能与不稳定的弊端，具有能耗低、效率高、转动稳定等优点。水下环境复杂，压力大，为确保控制舱室密封性能，该团队还设计采用了圆柱形耐压舱结构，并自主设计了全新的水密接插件，同市场上现有成品水密接插件相比，该改装水密接插件成本仅为其1/20左右。

 (选于百度网）