優(yōu)缺點(diǎn)并存 水下機(jī)器人將成為新的發(fā)展方向

• 2017年9月26日 ZhouXun來(lái)源：OFweek 機(jī)器人網(wǎng) 624 36
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水下機(jī)器人，也被稱為無(wú)人遙控潛水器，它是一種用于水下極限作業(yè)的機(jī)器人。因?yàn)樗颅h(huán)境復(fù)雜，存在各種未知因素，而且人類的下潛能力始終有限，因此水下機(jī)器人的出現(xiàn)為人類探尋水下世界提供了巨大幫助。

9月6日，兩名潛水員結(jié)伴在河北唐山潘家口水庫(kù)下潛探索水下長(zhǎng)城時(shí)失蹤，直到本月17、18日，兩名潛水員的遺體才被水下機(jī)器人尋得。兩名頂尖潛水員的離去，不禁讓我們深感痛惜，與此同時(shí)我們也應(yīng)該思考，是否應(yīng)該使用水下機(jī)器人，避免此類悲劇重演。

潛水，是一項(xiàng)既能鍛煉身體，又能探尋神奇的水下世界的運(yùn)動(dòng)。如今已有越來(lái)越多的人開(kāi)始接觸并參與其中。

但是在本月9月6日，兩名潛水員結(jié)伴在河北唐山潘家口水庫(kù)下潛探索水下長(zhǎng)城時(shí)失蹤，直到本月17、18日，兩名潛水員的遺體才被水下機(jī)器人尋得。

據(jù)了解，兩名潛水員是GUE(環(huán)球水下探索組織)成員，目前在中國(guó)只有7個(gè)人通過(guò)了“GUE”考核，可以說(shuō)兩名潛水員皆是屬于潛水人士中的頂尖存在。為何兩名經(jīng)驗(yàn)豐富的潛水員仍遭不幸呢?關(guān)于兩人的死因，早已被討論得沸沸揚(yáng)揚(yáng)，到底是潛水員自身的原因?還是電箱電擊導(dǎo)致?我們不好妄加猜測(cè)，只能等待權(quán)威部門(mén)最終的調(diào)查結(jié)果。

兩名頂尖潛水員的離去，不禁讓我們深感痛惜，與此同時(shí)我們也應(yīng)該思考，當(dāng)人們面對(duì)水底這一類復(fù)雜且存在未知因素的工作環(huán)境時(shí)，是否應(yīng)該使用水下機(jī)器人，避免此類悲劇重演。

水下機(jī)器人的發(fā)展及應(yīng)用

水下機(jī)器人，也被稱為無(wú)人遙控潛水器，它是一種用于水下極限作業(yè)的機(jī)器人。因?yàn)樗颅h(huán)境復(fù)雜，存在各種未知因素，而且人類的下潛能力始終有限，因此水下機(jī)器人的出現(xiàn)為人類探尋水下世界提供了巨大幫助。

早期水下機(jī)器人的原型是潛水器。早在1953年，第一艘無(wú)人遙控潛水器問(wèn)世。伴隨著海洋事業(yè)的發(fā)展，無(wú)人遙控潛水器逐漸被重視。

1975至1985年是遙控潛水器大發(fā)展時(shí)期。海洋石油和天然氣的開(kāi)發(fā)，推動(dòng)了潛水器理論和應(yīng)用的研究，潛水器的數(shù)量和種類都有顯著地增長(zhǎng)。

近年來(lái)，各個(gè)國(guó)家對(duì)海洋資源越來(lái)越看重，紛紛加大了水下機(jī)器人的研發(fā)投入。美國(guó)、日本、法國(guó)作為最早一批研制水下機(jī)器人的國(guó)家，如今早已掌握了先進(jìn)的水下機(jī)器人技術(shù)。在這方面，中國(guó)同樣不甘落后，80年代開(kāi)始，中國(guó)也開(kāi)展了水下機(jī)器人的研究和開(kāi)發(fā)。今年8月，我國(guó)自主研制4500米載人潛水器“蛟龍?zhí)枴钡恼Q生，更是將我國(guó)水下機(jī)器人研究推上新高度。

從結(jié)構(gòu)上看，水下機(jī)器人也實(shí)現(xiàn)了從有線遙控到無(wú)線監(jiān)控的進(jìn)化。傳統(tǒng)的有線遙控機(jī)器人分為水面設(shè)備與水下設(shè)備兩部分，水面設(shè)備包括操縱控制臺(tái)、電纜絞車、吊放設(shè)備、供電系統(tǒng)等;水下設(shè)備包括中繼器和機(jī)器人本體等。機(jī)器人本體依靠推進(jìn)器在水下運(yùn)動(dòng)，配備有攝像機(jī)、照明燈等觀測(cè)設(shè)備以及機(jī)械手等作業(yè)設(shè)備。有線遙控機(jī)器人的操控方式，是由操作員在水面母艦上控制和監(jiān)視潛水器作業(yè)，靠電纜向本體提供動(dòng)力和信息交換。由于電纜的存在，很大程度上束縛了潛水器的水下作業(yè)。

因此新型水下機(jī)器人從遙控式向監(jiān)控式發(fā)展。一方面，脫離了有線遙控的束縛，機(jī)器人可以更深入更靈活的進(jìn)行水下作業(yè);另一方面，由主控計(jì)算機(jī)和潛水器本體計(jì)算機(jī)實(shí)行遞階控制，它能對(duì)檢測(cè)信息進(jìn)行加工，建立環(huán)境和內(nèi)部狀態(tài)模型。操作人員通過(guò)人機(jī)交互系統(tǒng)向其下達(dá)命令，對(duì)機(jī)器人的動(dòng)作過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視。

現(xiàn)今人們已經(jīng)開(kāi)始研制智能水下機(jī)器人系統(tǒng)。操作人員只需要下達(dá)總?cè)蝿?wù)，機(jī)器人就可以自主識(shí)別和分析環(huán)境，并自動(dòng)規(guī)劃行動(dòng)、回避障礙、自主地完成指定任務(wù)。

發(fā)展至今，水下機(jī)器人的應(yīng)用已不再是為了助力海洋油氣業(yè)，尤其是面對(duì)復(fù)雜多變的水下環(huán)境時(shí)，使用機(jī)器人可以極大的保障人類人身安全。因此人們已經(jīng)將其應(yīng)用在各個(gè)方面：

1、搜救事業(yè)

與人類相比，水下機(jī)器人擁有更加可靠的續(xù)航能力，因此海上救助打撈、近海搜索、水下目標(biāo)觀察、水下洞穴搜救等都是水下機(jī)器人在搜救上的主要作用。例如本次潛水員遇難事件中，就采用了水下機(jī)器人ROV協(xié)助搜救。

2、安全檢測(cè)

水中建筑例如大壩或橋墩的結(jié)構(gòu)檢測(cè)，或者是公安海關(guān)使用其進(jìn)行船側(cè)、船底走私物品檢測(cè)、危險(xiǎn)品靠近檢查等，可以有效避免人身?yè)p傷。此外，核電站反應(yīng)器檢查、水電站檢修等也多采用機(jī)器人來(lái)進(jìn)行。

3、科研事業(yè)

科學(xué)界一直熱衷于水下環(huán)境的探索。無(wú)數(shù)未知的事物等待人們?nèi)グl(fā)掘，因此海洋考察、水下生物觀測(cè)、水環(huán)境監(jiān)測(cè)以及水下考古、水下沉船考察等，都是水下機(jī)器人在科研事業(yè)上的應(yīng)用。

此外，還有諸如潛水拍攝、漁業(yè)養(yǎng)殖等應(yīng)用。其涉及層面之廣，為人類從事各種海洋產(chǎn)業(yè)活動(dòng)提供了巨大幫助。

水下機(jī)器人優(yōu)缺點(diǎn)并存

水下機(jī)器人的出現(xiàn)開(kāi)始大量取代過(guò)去由載人潛水器或潛水員所承擔(dān)的工作，優(yōu)點(diǎn)顯著。第一，安全性方面，無(wú)論是高危險(xiǎn)度環(huán)境、水污染嚴(yán)重環(huán)境還是零可見(jiàn)度的水域，水下機(jī)器人都比人類更加有利。通過(guò)自身配備的傳感器、攝像頭、探照燈等儀器，采集所需數(shù)據(jù)傳輸給人類或者自主分析處理，能夠有效的保障人身安全;第二，由于機(jī)器人的機(jī)械構(gòu)造，相比人體，能夠提供數(shù)倍的力量支持，機(jī)器人配備的機(jī)械臂機(jī)械爪等工具，在沉船打撈、重物搬運(yùn)方面，能夠極大的提高工作效率;第三，續(xù)航能力，數(shù)據(jù)表明，潛水員身穿自攜式潛水裝，水深10米左右時(shí)，可以在水下停留約30分鐘。另外水溫、水深、水流、波浪、水下能見(jiàn)度以及潛水員體力消耗，都是影響潛水員水下工作時(shí)長(zhǎng)的重要因素。而水下機(jī)器人則可以長(zhǎng)時(shí)間在水下工作，續(xù)航能力更深一籌。近日由麻省理工學(xué)院注資的創(chuàng)業(yè)公司OpenWaterPower研發(fā)了一種電池，甚至可以通過(guò)海水轉(zhuǎn)換電能，讓水下機(jī)器人的工作時(shí)間延長(zhǎng)至原來(lái)的十倍之多。

盡管水下機(jī)器人優(yōu)點(diǎn)頗多，但是仍有不少方面需要改善。第一，由于水下環(huán)境復(fù)雜，水聲信號(hào)的噪聲影響較大，機(jī)器人身上的傳感器精度易受影響，因此水下機(jī)器人的目標(biāo)探測(cè)和識(shí)別技術(shù)有待加強(qiáng);第二，水流、水紋等因素都會(huì)影響機(jī)器人在水下的導(dǎo)航定位，目前常用的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、重力導(dǎo)航系統(tǒng)、海底地形導(dǎo)航系統(tǒng)、地磁場(chǎng)引力導(dǎo)航系統(tǒng)等，基本能滿足水下機(jī)器人的需求，但是成本非常高，這也是國(guó)內(nèi)外目前最重視的問(wèn)題;第三，實(shí)時(shí)通訊問(wèn)題，光纖通信不僅傳輸速率快，而且抗干擾能力強(qiáng)，但是限制了水下機(jī)器人的工作距離和可操作性。水聲通信是水下機(jī)器人實(shí)現(xiàn)中遠(yuǎn)距離通信唯一的、也是比較理想的通信方式，但是主要障礙是隨機(jī)多途干擾，多項(xiàng)技術(shù)難題有待解決;第四，智能化不足，增加水下機(jī)器人行為的智能水平一直是各國(guó)努力的目標(biāo)，但是目前人工智能發(fā)展水平還不能完全滿足水下機(jī)器人的需求。

小結(jié)

隨著技術(shù)的進(jìn)步，各式各樣的水下機(jī)器人將以更快的速度發(fā)展起來(lái)，未來(lái)的水下機(jī)器人應(yīng)該具有象魚(yú)一樣的推進(jìn)效率、高的游動(dòng)速度以及極好的運(yùn)動(dòng)靈活性能，同時(shí)，提高它的通用性，并且希望其具有一定的人工智能，可以根據(jù)內(nèi)部信息和環(huán)境信息穩(wěn)定可靠地自主作業(yè)，能夠代替人在需要的深水環(huán)境中擔(dān)負(fù)起自動(dòng)或半自動(dòng)的決策任務(wù)，以適應(yīng)未來(lái)開(kāi)發(fā)和探測(cè)海洋的需要。此外，還希望能降低水下機(jī)器人本體和控制裝置的成本，提高其使用壽命等。

總的來(lái)說(shuō)，水下機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)在處在初步階段，還有一些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題需要解決。隨著國(guó)家海洋開(kāi)發(fā)的力度和深度，水下機(jī)器人的用途會(huì)越來(lái)越多，必將成為科技界發(fā)展的一大趨勢(shì)。

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