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智能水下机器人作用大 随着应用领域拓展而进步

来源: 未知 /  作者: 未知   时间: 2021-06-01 15:54
  近日,南通大学电气工程学院学生言淳恺团队自主研发了“智能水下自主检修机器人”,该机器人可应用于船舶、海上风电桩基础的水下维护维修,他们力图改变海工行业内缺少全自主水下维护维修机器人的现状。
 
  业内对于水下结构件检修的主流方案仍为人工作业,该方案存在特种作业人员缺口大、水下持续作业效率低、人身安全得不到保障等缺点。虽然此前业内也采用过机器人对水下结构件巡检,但不能实现检修作业的全流程覆盖,不能有效解决水下结构件的检修问题。因此,进一步提升船舶、海上风电等海工装备运维的自动化与智能化程度,是产业急需解决的关键问题。
 
  水下机器人蕴含的技术
 
  1.智能控制技术
 
  智能控制技术提高了水下机器人的自主性,在复杂的海洋环境中完成各种任务,因此研究水下机器人控制系统的软件体系、硬件体系和控制技术十分重要。智能控制技术的体系结构是人工智能技术、各种控制技术在内的集成,相当于人的大脑和神经系统。软件体系是水下机器人总体集成和系统调度,直接影响智能水平,它涉及到基础模块的选取、模块之间的关系、数据(信息)与控制流、通讯接口协议、全局性信息资源的管理及总体调度机构。
 
  体系结构的目标与水下机器人的研究任务应是一致的,也是提高智能水平(自主性和适应性)的关键技术之一。不断改进和完善体系结构,加强对未来的预报预测能力,使系统更具有前瞻性和自主学习能力。
 
  2.水下目标探测与识别技术
 
  目前,水下机器人用于水下目标探测与识别的设备仅限于合成孔径声纳、前视声纳和三维成像声纳等水声设备。
 
  3.水下导航技术
 
  用于自主式水下机器人的导航系统有多种,如惯性导航系统、重力导航系统、海底地形导航系统、地磁场导航系统、引力导航系统、长基线、短基线和光纤陀螺与多普勒计程仪组成推算系统等,由于价格和技术等原因,目前被普遍看好的是光纤陀螺与多普勒计程仪组成推算系统,该系统无论从价格上、尺度上和精度上都能满足水下机器人的使用要求,国内外都在加大力度研制。
 
  水下机器人的应用场景
 
  随着机械智能化技术的逐渐进步,机器人发展成为了人类工作过程中的得力助手,水下机器人因此受到广泛关注。水下机器人是一种工作于水下极限工作的机器人,由于水下环境恶劣、复杂,人类在进行水下作业时需要面临较大的危险性,且人类潜水深度也较为有限,在这样的情况下,水下机器人成为了辅助水下作业的重要工具。
 
  伴随着科技的不断进步,水下机器人应用功能也逐步完善,现如今我国水下机器人已应用于各种场景,帮助工作人员解决难题。其应用领域大概可分为以下几种:用于水下基阵协助安装或拆卸过程、水下废墟或坍塌矿井搜救等项目、海上救助和近海搜索;用于水环境、水下生物的观测、研究和教学,并且通过海洋考察、冰下考察观测地质情况;用于船体、水下锚、推进器、船底检测等,保障出海人员的安全;码头及码头桩基、桥梁、大坝水下部分检查,帮助出海人员顺利返回岸边;用于对核电站反应器和管道进行检查,对探测到的异物进行取出;其次对水电站船闸、水电大坝、水库堤坝等进行检修。
 
  由于水下工作的危险性、水底环境的不确定性、水域工作的长时间性导致水下工作面临很大困难,所以水下机器人的应用对相关工作人员来说减轻了工作压力,避免了安全隐患。而水下机器人工作时配备了摄像机、照明灯和机器臂等装置,能够提供实时信息,确保工作人员信息准确。相对而言,由于水下工作环境复杂,水声干扰较大,所以水下机器人的传感器普遍存在着误差现象,此误差是我们现在所面临的难关。
 
  水下机器人向远程、智能化、深海方向发展
 
  智能水下机器人向远程发展的技术障碍有三个:能源、远程导航和实时通信。目前正在研究的各种可利用的能源系统,包括一次电池、二次电池、燃料电池、热机及核能源。太阳能自主水下机器人需要浮到水面给机载能源系统充电,而这种可利用的能源又是无限的。
 
  增加水下机器人行为的智能水平,一直是各国科学家的努力目标。但由于目前的人工智能技术还不能满足水下机器人智能水平增长的需要,因此,一方面,不能完全依赖于机器的智能,还需更多依赖传感器和人的智能,打造监控型水下机器人。另一方面,发展多机器人协同控制技术,也是未来自主水下机器人的重要发展方向。
 
  智能水下自主检修机器人集水下目标自动识别、表面清理、无损探伤与湿法焊接等多功能于一体,解决了机器人水下自主作业中的关键问题,一定程度上降低了人工作业的成本和风险。为海上风电、船舶等海洋工程设备的水下结构件的高效稳定运行提供了基础。

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