水下机器人ROV讲课教案

遥控水下机器人(ROV)海底资料可视化模型构建海底地形是海洋地质学、海洋地球物理学、物理海洋学和海洋生物学等研究的基础资料。

海底地形的复杂性是影响海洋要素分布的重要因素之一，也是海洋海流呈现多样化的重要原因,也影响到了海洋水团的来源和性质;另外，对海洋资源的数量及多样性也有重要影响;对海洋沉积物类型的空间分布及厚度影响更为直接形象。

海底地形测量及可视化是地形数据解释的关键，海底视像调查是海底地形观测的重要技术手段。

采用ROV（Remotely Operated Vehicles,）进行海底地形视像观测，是一种极高效率的可视化工具，通过R0V获取的大量视频和图像资料，有极大的数据挖掘潜力。

本文介绍了R0V视像调查工作手段，评述了一种基于工业软件的数据处理流程，并详细阐述了利用R0V的视频和图像资料生成3D可视模型的处理方法，该方法将为海洋地质调查提供一种全新的可视化海底地形探测手段。

一、研究背景目前有多种形式的海底地形测量方法，其中海底视像调查已经被广泛地应用于各种各样的海洋科学研究中包，从而成为重要的海底地形测量方法之一。

海底视像调査是利用水下摄影设备对海底目标或局部地形进行的直接可视化的测量工作,目的是确定海底摄影目标的形状、大小、位置和性质，或局部地形的起伏状态。

水下机器人（ROV （Remotely Operated Vehicle,以下简称ROV）,是一种具有智能功能的水下遥控潜水器。

ROV可以通过配置摄像头和多功能机械手,携带具有多种用途和功能的声学探测仪器以及专业工具进行各种复杂的水下作业任务。

其中利用ROV 录像探测海底信息并对海底目标物进行直接目视观测被认为是ROV的重要作业手段之—。

传统上使用的ROV大多应用于可视观测、携带特定传感器作业以及回收实体样品等精细调查。

当需要高精度定位取样时,样品釆集经常依赖于水下定位系统提供的目标位置和摄像机实时传输的视像信息。

由于R0V是定点作业，釆集的视像信息范围有限，如果不对作业区提前进行全面的调査,研究人员则没有把握在科学或工程上最相关的区域进行观测或取样。

海洋探险机器人课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解海洋探险机器人的基本组成、功能和原理；2. 学生掌握海洋生物、地形地貌等相关知识，并了解其在海洋探险中的应用；3. 学生了解我国在海洋探险领域的发展现状及成就。

技能目标：1. 学生能够运用所学知识，设计简单的海洋探险机器人方案；2. 学生通过小组合作，提高沟通协调、问题解决和团队协作能力；3. 学生能够运用信息技术，收集、整理和分析海洋探险相关资料。

情感态度价值观目标：1. 学生对海洋探险产生兴趣，培养探索精神和创新意识；2. 学生认识到海洋资源的重要性，树立保护海洋环境的意识；3. 学生通过了解我国在海洋探险领域的成就，增强国家自豪感。

课程性质：本课程为跨学科综合实践活动课程，结合了科学、技术、工程、数学等多学科知识。

学生特点：六年级学生具备一定的自主学习能力和合作精神，对新鲜事物充满好奇，喜欢动手操作。

教学要求：教师需采用项目式教学，引导学生主动探究，注重培养学生的实践能力和创新精神。

通过课程学习，使学生在知识、技能和情感态度价值观方面取得具体的学习成果。

教学内容一、教学内容1. 引言：介绍海洋探险机器人的背景、意义及在现实生活中的应用。

教材章节：《机器人技术》第一章“机器人概述”2. 海洋探险机器人基本原理与组成：- 机器人基本原理：传感器、执行器、控制系统等；- 机器人组成：外壳、驱动系统、导航系统、通信系统等。

教材章节：《机器人技术》第二章“机器人的结构与原理”3. 海洋生物、地形地貌及海洋环境：- 海洋生物：常见生物分类、特点及与机器人的关系；- 地形地貌：海底地形、地貌特征及对机器人探险的影响；- 海洋环境：海洋气候、水温、盐度等对机器人探险的影响。

教材章节：《海洋科学》第一章“海洋生物与环境”4. 海洋探险机器人设计与制作：- 设计原则：实用性、稳定性、经济性等；- 制作过程：选材、加工、组装、调试等；- 创新思维：如何优化设计，提高机器人性能。

大学水下无人机课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解水下无人机的基本原理，掌握其结构组成及工作方式；2. 学生能够掌握水下无人机在水下探测、监测及救援等领域的应用；3. 学生能够了解水下无人机技术的发展趋势及其在未来水下领域的发展前景。

技能目标：1. 学生能够独立操作水下无人机，完成预定的水下任务；2. 学生能够分析水下环境，合理选择无人机参数，提高无人机在水下的工作效率；3. 学生能够运用所学知识解决实际水下问题，具备一定的创新能力和实践能力。

情感态度价值观目标：1. 学生通过学习水下无人机课程，培养对水下科技的兴趣，提高探索未知世界的热情；2. 学生能够认识到水下无人机在海洋资源开发、环境保护等方面的重要性，增强社会责任感和使命感；3. 学生在团队协作中，培养沟通与协作能力，提升个人综合素质。

课程性质：本课程为实践性较强的专业课程，结合理论知识与实际操作，培养学生具备水下无人机操作与应用能力。

学生特点：学生具备一定的理论基础，对新技术充满好奇，喜欢动手实践，但需加强对水下环境的认识。

教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的操作技能和解决实际问题的能力。

在教学过程中，关注学生的情感态度变化，引导他们树立正确的价值观。

通过分解课程目标为具体学习成果，为教学设计和评估提供依据。

二、教学内容1. 水下无人机基础知识：包括水下无人机的发展历程、分类及基本原理，使学生了解水下无人机技术的演变及其在水下作业中的应用。

教学内容关联教材章节：第一章 水下无人机概述2. 水下无人机结构与工作方式：详细讲解水下无人机的结构组成、动力系统、控制系统及其工作方式。

教学内容关联教材章节：第二章 水下无人机结构与原理3. 水下无人机应用领域：介绍水下无人机在水下探测、监测、救援等领域的应用，分析实际案例，让学生了解水下无人机技术的实际价值。

教学内容关联教材章节：第三章 水下无人机应用4. 水下环境与无人机参数选择：分析水下环境对无人机性能的影响，教授如何根据实际需求选择合适的无人机参数。

- 1 -本科生课程大纲课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修一、课程介绍 1.课程描述：水下机器人技术是海洋特色显著的专业性选修课程之一，对培养具有机械专业知识的海洋装备研发人才有积极的作用。

课程包括水下机器人结构、能源及动力系统、推进与舵、导航与定位等部分。

通过课程的学时和实践，培养学生参数计算、设备选型、结构设计和控制系统编程的能力，并能够利用这些理论和方法，对水下机器人设备进行控制、升级和改造等。

2.设计思路：开设依据：通过课程基础知识的学习，掌握水下机器人结构和控制系统的参数计算、选型和设计的方法，并将以上方法应用到水下机器人设计过程的计算、分析和研究中（支撑毕业要求的能力1.4和1.6），可针对水下机器人机的特殊需求进行功能分析、解决方案制定及科学问题研究（支撑毕业要求的能力2）。

在课程的实验环节中，学生将以小组为单位开展机器人结构设计、优化、控制软件实现等任务，将课程的理论知识用于实践中，同时锻炼学生的独立担当与团队协作能力（支撑毕业要求的能力3）。

课程内容：（一）第一章绪论：简要介绍水下机器的产生于发展历程、分类与用途及特点，并用几个案例进行分析，使得学生对水下机器人有初步认识。

（二）第二章水下机器人的结构：主要讲解水下机器人的重量特征、耐压结构的设计、舱口盖和观察窗的种类及设计、压力平衡结构、安全性和可靠性等，为后续机器人的设计打下基础。

此部分采用理论讲授和实践相结合的方式进行，将让学生动手操作典型的水下机器人，加深学生对水下机器人结构和控制的认识。

（三）第三章能源及动力装置：学生将掌握水下机器人常用的电池能源、内外燃机、电力装置和液压装置的种类和功能等，培养学生选择和设计合理的能源装置的能力。

（四）第四章推进器与舵：学生将从水下机器人的各种推进器开始认识水下机器。

通过各种推进器的对比，加深对推进器的认识。

根据水下机器人自由度的需求介绍航向控制及推进器的配置。

编号：教学方案日期： 2013 年4 月 4日活动主题：《百变工程》之《海底探测器》教学对象：4+ 活动准备：百变工程套装，海底的视频，相关电子图片，装宝物的小盒子活动目标：身体动作（精细动作技能，手眼协调）。

形成同一性（自我意识和自我控制），发展社会关系（合作和轮流，听从指令，解决冲突，发展和同伴及成人的关系），发展自我表达（想象和创造），具体知识：知识目标：了解海底探测器的结构和作用，区分海底探测器和潜水艇，知道海底作业的环境技能目标：让小朋友进一步理解海底的工作环境，知道探测器的作用，知道氧气的作用建构目标：搭建一个海底探测器，注意机械手和氧气舱的设计活动重点：1.了解海底探测器的结构和作用2.区分海底探测器和潜水艇3.知道海底作业的环境4.了解机械手的作用5.知道氧气对于人类生活的重要性6.思考海底探测器可以用在哪些领域玩乐高，学英语：Sea 海Undersea 海底词汇：海底氧气机械手活动过程教学调整或记录一：__（一）课前准备，回顾上节课学习内容，和小朋友进行问答互动1.教师与小朋友互相打招呼，聊一些小朋友喜欢的话题，迅速拉近彼此的距离。

2.回顾上节课所学内容，请小朋友以抢答的形式回答。

如：上节课我们学习的是什么？它有什么作用？有哪些常用的捕鼠方法？（二）故事导入，引出本节课主题1.教师设置情境：在很久很久以前，有个海盗叫做虎克船长，有一次他带着自己的手下抢了很多很多的金币，可是在回去的路上遇到了大风浪，船被击沉了，装金币的箱子沉到了海底。

海盗们想了很多办法都不能潜入海底找到那只箱子，聪明的小朋友，你们有什么好主意来帮帮虎克船长吗？2.请小朋友各抒己见，说一说自己的想法。

引导其说出潜水艇。

教师展示潜水艇图片，请小朋友思考，驾驶着潜水艇去到海底后，有办法将装金币的箱子挖出来吗？如果没有，该怎么办？3.教师展示海底探测器的图片，请小朋友观察，这种机器和潜水艇有什么不一样的地方呢？（它有机械手，可以在水下操纵机械手进行工作）4.教师播放海底的视频，请小朋友思考，水下工作的环境是怎样的？有没有光？有没有氧气？5.结合海底实际情况，请小朋友思考，要制作一台海底探测器有哪些需要注意的地方。