水下采集及清理两用机器人研究现状及进展

杜东艳 刁兰娟 肖娜

基金项目：本文是2019年校级大学生创新创业训练计划项目“水下采集及清理两用机器人的设计与研发”（项目编号：2019XSCXCY006）的研究成果之一;

2019年國家级大学生创新创业训练计划项目“水下采集及清理两用机器人的设计与研发”（项目编号：201911834003）的研究成果之一;

黄河科技学院2018年教学改革立项项目“翻转课堂—科技论文写作”（项目编号：kg2018fz04）的研究成果之一;

河南省教改项目基于“两性一度”的机械类专业课程群建设研究与实践（项目编号：2019SJGLX496）研究成果之一;第九批重点学科——机械制造及其自动化的研究成果之一。

摘要：水下采集信息有助于了解当地环境还有资源发现，人类对水下探索的深度又有一定的限制，因水深的地方有超强的压力，为了采集水下的一些物品，需要机器人代替人类，这样才能在保证人类安全的同时也保证了样品的完整性。由于水下输送废水管道的疏通对工作人员的考验十分严峻，所以本文针对这两种情况下产生的问题做了研究。

关键词：便携;采集;疏通;机械驱动

中图分类号：TP242文献标识码：A文章编号：1672-9129（2020）03-0039-01

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

Keywords：portable;Acquisition;Dredge;Mechanicaldrive

引言：近年来，水下机器人应用广泛。其应用领域很是广泛--可用于检查大坝、桥墩上是否安装爆炸物以及结构好坏情况;遥控侦察、危险品靠近检查;水下基阵协助安装/拆卸;船侧、船底走私物品检测[1]管道检查、海洋石油业的开采、科研教学、水下娱乐、考古等。可以说为我们的探索、研发、开采等提供非常大的帮助。还有工业管道废水的管道经常处于水下，而废水排放过程中又经常遇到堵塞，目前水下机器人也没有这方面的应用。如果是作业员处理污水排放管道的栓塞，一定会存在一定的危险性。所以现在缺少一种用于清理栓塞、采集样品的两用式机器人。因此，本文将围绕对于此类水下机器人进行阐述。

1研究现状及研究意义

1.1研究现状。目前市面上的水下机器人的核心功能是是水下拍照功能。当前的水下取样技术尚在不初级阶段，还在不断发展中，但是水下仍然存在着未知的情况，对于水下工作人员的安全以及样品的完整存在着不确定性，所以水下采集机器人的完善显得十分必要。

1.2研究意义。随着水下机器人应用领域的不断拓宽，研制-一种超小型自主水下机器人来代替人工进行些浅水区域的危险作业成为必要[2]。利用现有的材料和技术解决水下采集所遇到的这些问题，给工作人员减轻工作负担，便于研究，使用我们设计的水下采集机器人可以有效保证样品的完整性以及提高采集地方信息的灵活性。

2已有的基础

2.1水下机器人。水下机器人也称无人遥控潜水器，是一种工作于水下的极限作业机器人。无人遥控潜水器主要有：有缆遥控潜水器和无缆遥控潜水器两种，其中有缆遥控潜水器又分为水中自航式、拖航式和能在海底结构物上爬行式三种。

2.2国内研究现状。中国自主研发的水下机器人在初始阶段就能摄像观察、热液环境参量测量[3]。近年来随着“功能模块”理念应用于水下机器人领域，水下机器人就已经可以做到根据与要选择不同模块来面对不同的水下作业。这几年中国研发的水下机器人深海探索深度更是达到了近3000米，这表示水深的限制又一次被打破。

2.3国外研究现状。由日本实施开发的水下机器人在遥控作业、声学影像、水下遥控全向推力器、水下航行定位和控制都有新的突破。此次技术的应用主要是为了水下机器人能够代替200米以内的工作人员完成为危险的水下工作。

3研究目标及主要内容

3.1研究目标。为了改善采集信息时工作人员周围恶劣的环境，减少工作人员的劳动强度，保障工作人员的人生安全;机器的采集保证样品的完整性;疏通管道、提高工作效率。

3.2主要内容。根据了解已存在的水下采集及清理两用机器人，都是体积属于中等偏上的体积，并且由于机器人都是有金属结构组成，所以都十分笨重不方便工作人员的携带。那么一种我们就需要一种质量轻的金属来满足研究。总结即是：设计可靠的机械结构;采用可靠的控制方案;选择合理的驱动方式。

3.3结果分析。对于水下机器人的体积问题，我们选择制造一种小型的水下机器人，一是满足罐、狭管的清理需求，二是满足工作人员便于携带的欲求。选择一种密度小、耐腐蚀性强、抗压性高的金属以便于携带、抵抗管道、废水、海水对机器人表面的腐蚀和水深处由于压强导致的压力对水下机器人的破坏。

由于液压传动不能胜任于高速运动的装置，而机器人要使用驱动产生的动力抵抗水底的压力以及浮力，所以不能选择液压传动作为水下机器人的驱动方式。气压的密封要求很高而且和液压传动存在一样的缺点，因此气压传动也不适用于水下机器人。电机驱动一般采用丝杠的方式，其速度、功率远不胜于液压传动。故而也不适合做水下机器人的传动方式。而机械传动的传动比高、能量损失少从而工作效率高，所以机械驱动相比较下做水下机器人的驱动方式最为合适。

3.4措施。选择一种密度小、耐腐蚀性强、抗压性高的金属。机械驱动相比较下做水下机器人的驱动方式。

结论：综上所述水下机器人的发展日趋成熟，研究目标是不受研究地点、水深压力、工作模式的限制，致力于研制出采集及清理两用的水下机器人。水下机器人作为一种高技术手段在海洋开发和利用领域的重要性也是不言而喻[4]。因此水下机器人在海底采集样本判断海底资源，清理疏通海底石油开采的输送管道上有着非常大的作用，未来有望在海洋领域起到一定的作用。

参考文献：

[1]机器人水下立功三年大案重见天日.ofweek机器人.2015-06-04;

[2]张翠英.超小型水下机器人推进器设计与分析[D].兰州理工大学，2019;