水下采集及清理兩用機(jī)器人研究現(xiàn)狀及進(jìn)展

杜東艷 刁蘭娟 肖娜

基金項(xiàng)目：本文是2019年校級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項(xiàng)目“水下采集及清理兩用機(jī)器人的設(shè)計與研發(fā)”（項(xiàng)目編號：2019XSCXCY006）的研究成果之一;

2019年國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項(xiàng)目“水下采集及清理兩用機(jī)器人的設(shè)計與研發(fā)”（項(xiàng)目編號：201911834003）的研究成果之一;

黃河科技學(xué)院2018年教學(xué)改革立項(xiàng)項(xiàng)目“翻轉(zhuǎn)課堂—科技論文寫作”（項(xiàng)目編號：kg2018fz04）的研究成果之一;

河南省教改項(xiàng)目基于“兩性一度”的機(jī)械類專業(yè)課程群建設(shè)研究與實(shí)踐（項(xiàng)目編號：2019SJGLX496）研究成果之一;第九批重點(diǎn)學(xué)科——機(jī)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(dāng)?shù)丨h(huán)境還有資源發(fā)現(xiàn)，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(qiáng)的壓力，為了采集水下的一些物品，需要機(jī)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(yàn)十分嚴(yán)峻，所以本文針對這兩種情況下產(chǎn)生的問題做了研究。

關(guān)鍵詞：便攜;采集;疏通;機(jī)械驅(qū)動

中圖分類號：TP242文獻(xiàn)標(biāo)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(jī)器人應(yīng)用廣泛。其應(yīng)用領(lǐng)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(jié)構(gòu)好壞情況;遙控偵察、危險品靠近檢查;水下基陣協(xié)助安裝/拆卸;船側(cè)、船底走私物品檢測[1]管道檢查、海洋石油業(yè)的開采、科研教學(xué)、水下娛樂、考古等。可以說為我們的探索、研發(fā)、開采等提供非常大的幫助。還有工業(yè)管道廢水的管道經(jīng)常處于水下，而廢水排放過程中又經(jīng)常遇到堵塞，目前水下機(jī)器人也沒有這方面的應(yīng)用。如果是作業(yè)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(xiàn)在缺少一種用于清理栓塞、采集樣品的兩用式機(jī)器人。因此，本文將圍繞對于此類水下機(jī)器人進(jìn)行闡述。

1研究現(xiàn)狀及研究意義

1.1研究現(xiàn)狀。目前市面上的水下機(jī)器人的核心功能是是水下拍照功能。當(dāng)前的水下取樣技術(shù)尚在不初級階段，還在不斷發(fā)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(jī)器人的完善顯得十分必要。

1.2研究意義。隨著水下機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，研制-一種超小型自主水下機(jī)器人來代替人工進(jìn)行些淺水區(qū)域的危險作業(yè)成為必要[2]。利用現(xiàn)有的材料和技術(shù)解決水下采集所遇到的這些問題，給工作人員減輕工作負(fù)擔(dān)，便于研究，使用我們設(shè)計的水下采集機(jī)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(chǔ)

2.1水下機(jī)器人。水下機(jī)器人也稱無人遙控潛水器，是一種工作于水下的極限作業(yè)機(jī)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(jié)構(gòu)物上爬行式三種。

2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀。中國自主研發(fā)的水下機(jī)器人在初始階段就能攝像觀察、熱液環(huán)境參量測量[3]。近年來隨著“功能模塊”理念應(yīng)用于水下機(jī)器人領(lǐng)域，水下機(jī)器人就已經(jīng)可以做到根據(jù)與要選擇不同模塊來面對不同的水下作業(yè)。這幾年中國研發(fā)的水下機(jī)器人深海探索深度更是達(dá)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(xiàn)狀。由日本實(shí)施開發(fā)的水下機(jī)器人在遙控作業(yè)、聲學(xué)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(shù)的應(yīng)用主要是為了水下機(jī)器人能夠代替200米以內(nèi)的工作人員完成為危險的水下工作。

3研究目標(biāo)及主要內(nèi)容

3.1研究目標(biāo)。為了改善采集信息時工作人員周圍惡劣的環(huán)境，減少工作人員的勞動強(qiáng)度，保障工作人員的人生安全;機(jī)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(nèi)容。根據(jù)了解已存在的水下采集及清理兩用機(jī)器人，都是體積屬于中等偏上的體積，并且由于機(jī)器人都是有金屬結(jié)構(gòu)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(zhì)量輕的金屬來滿足研究。總結(jié)即是：設(shè)計可靠的機(jī)械結(jié)構(gòu);采用可靠的控制方案;選擇合理的驅(qū)動方式。

3.3結(jié)果分析。對于水下機(jī)器人的體積問題，我們選擇制造一種小型的水下機(jī)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(qiáng)、抗壓性高的金屬以便于攜帶、抵抗管道、廢水、海水對機(jī)器人表面的腐蝕和水深處由于壓強(qiáng)導(dǎo)致的壓力對水下機(jī)器人的破壞。

由于液壓傳動不能勝任于高速運(yùn)動的裝置，而機(jī)器人要使用驅(qū)動產(chǎn)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(jī)器人的驅(qū)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(diǎn)，因此氣壓傳動也不適用于水下機(jī)器人。電機(jī)驅(qū)動一般采用絲杠的方式，其速度、功率遠(yuǎn)不勝于液壓傳動。故而也不適合做水下機(jī)器人的傳動方式。而機(jī)械傳動的傳動比高、能量損失少從而工作效率高，所以機(jī)械驅(qū)動相比較下做水下機(jī)器人的驅(qū)動方式最為合適。

3.4措施。選擇一種密度小、耐腐蝕性強(qiáng)、抗壓性高的金屬。機(jī)械驅(qū)動相比較下做水下機(jī)器人的驅(qū)動方式。

結(jié)論：綜上所述水下機(jī)器人的發(fā)展日趨成熟，研究目標(biāo)是不受研究地點(diǎn)、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(jī)器人。水下機(jī)器人作為一種高技術(shù)手段在海洋開發(fā)和利用領(lǐng)域的重要性也是不言而喻[4]。因此水下機(jī)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(lǐng)域起到一定的作用。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]張翠英.超小型水下機(jī)器人推進(jìn)器設(shè)計與分析[D].蘭州理工大學(xué)，2019;