水下机器人ROV

深海探测中的水下机器人技术随着科技的不断发展，人类对地球深海的探索也愈发深入。

深海是指离海底1000米以上的海域，而现代人类已能够利用水下机器人技术深入探索这些地区。

水下机器人是一种通过遥控或自主控制操作的无人机器人，最初设计用来探测海洋深处，后来被广泛应用在科学研究、资源勘探、海洋工程、救援和军事等领域，成为深海探索和开发的重要工具。

一、水下机器人的种类及特点目前，水下机器人广泛应用的主要有两类：一类是遥控水下机器人，另一类是自主水下机器人。

遥控水下机器人又称作ROV （Remotely Operated Vehicle),是指通过操纵绳或者光缆，将地面或船上的操纵控制器连接到水底的机器人，实现对水下机器人的遥控工作。

自主水下机器人则采用自主控制技术，不需要通过操纵绳或者光缆与地面或船上的控制中心实现通讯。

此外，水下机器人的种类还包括潜水器、随动浮标和海洋滑翔机等多种类别。

自主水下机器人具有自主行动、自主避障和自主拍照等特点，一般由机身、传感器、数据采集和处理系统、动力系统和通信系统等部分构成。

机身是水下机器人的核心部分，一般由外壳、电机、控制器等构成。

传感器用于采集海洋环境信息，包括声纳、氧气计、PH计等。

数据采集和处理系统用于收集机体各种传感器的数据信息并进行处理，一般包括摄影系统、声学散射计等。

动力系统主要使用蓄电池、燃料电池、液压等不同方式。

通讯系统主要使用无线电、光纤等方式，包括数据传输和视频传输。

二、水下机器人在深海探测中的应用水下机器人广泛应用于深海探索和开发领域，已成为深海探索最重要的工具之一。

水下机器人可以实现对海底矿物资源的勘探，比如锰结壳、硫化物、碳酸盐岩等矿产，随着科技的发展，水下机器人的应用范围也在不断扩大。

下面我们介绍几个典型的应用领域：1. 矿物资源勘探当前，全球海底洋脊上的锰结壳、硫化物矿床、碳酸盐岩等海底矿产已成为短缺资源的重要替代品。

深海是一处不同寻常的资源库，而只有通过水下机器人技术，才能够实现深海矿物资源的勘探和开采。

水下机器人（ROV）在海底管道施工中的应用近海海底管道铺设完成之后，出于安全因素的考虑，一般需进行后挖沟作业。

主要利用挖沟机匀速在海管上方行进，通过喷射或吸泥的作业方式，将海管下方的泥砂排出，形成坑洞；长时间持续作业后，形成具有一定深度、长度的海沟，海管受到重力影响而沉入沟中，使海管不会裸露在海床上，从而达到保护海管免受渔网、船锚钩拽的影响。

此外，在地质环境恶劣的海域，海管挖沟可以减轻环境侵蚀对于海管的破坏，如冷热变化对海管应力的影响；海浪和砂波的运动造成海管的悬跨等。

在海管后挖沟施工中，ROV（Remotely Operated Vehicle，即水下机器人）担任作业预调查、作业时障碍物清理、作业后调查等任务，对于海管后挖沟的质量保证以及突发应急状况的处理起着十分重要的作用。

本文通过ROV在海底管道后挖沟中的具体应用，对ROV 的设备参数、ROV利用摄像头、声纳以及TSS440等设备进行海管调查工作做了详细阐述，并对每种调查方式的优缺点进行了比较，同时也对海底管道后挖沟施工工艺进行了简单描述。

对于今后使用ROV进行海管后挖沟作业，具有一定的参考意义。

一、海管后挖沟方法常用的挖沟方法主要有3种类型：即机械挖沟法、水利挖沟法、机械和水利结合挖沟法。

水利挖沟法是我国较常采用的挖沟方法，也称射、排成沟法，即用高压泵，水流由装在滑靴上的高压射水喷头射出。

滑靴装有转轴，可以根据需要调整角度。

高压射水破土，将海底的泥土液化，再用高压排泥泵将液化了的泥土排走，从而形成管沟。

水利挖沟装置的牵引方式与机械挖沟法基本相同，但是动力源放在拖轮、驳船或铺管船上。

此方法适合海底管道路周围地质情况比较复杂的施工环境。

采用DP作业船支持海管后挖沟的一般步骤：（一）造坡作业造坡作业的目的是形成坡形过渡，防止海管变形折断。

造坡作业在起始端和管线尾端都需要。

施工船舶驶抵挖沟起始点附近，并对船舶DP(Dynamically positioned)性能进行测试（6小时常规测试），确保施工船舶DP模式下运行稳定后，利用已铺设海管实际路由，开始进行挖沟作业。

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。

●H300ROV水下机器人指标资料1.系统规格水下运载器部分：⏹性能：三轴运动，满载静水中前进速度3节；⏹作业深度：300米；⏹尺寸：80×60×47cm（长，宽，高）；⏹重量：65Kg（空气中），不包含选件；⏹制作材料：压缩聚丙烯框架，316L不锈钢支干；⏹推进器：4个，两个做水平运动，一个做垂直运动，一个做横向运动；⏹自动航向精度：±1%量程；⏹自动水深精度：0.1%量程；⏹搭载能力：15.5公斤；光学成像设备配置：⏹低光导航TV 摄像机(黑白)–置于H300顶上端⏹静画TV 相机VSPN 303✧3倍变焦；✧同步闪光；✧自动对焦；✧可控快门；美国DIDSON双频识别声纳；⏹高频模式✧作业频率：1.8 MHz✧波束宽(双向)：0.5 度水平x 13 度垂直✧波束：96✧作用范围：1 - 15 米⏹低频模式✧作业频率：1.1 MHz✧波束宽(双向)：0.3 度水平x 13 度垂直✧波束：48✧作用范围：1 – 40 米⏹双频模式✧最大图像显示速度：5–21 幅/秒✧视角：29 度✧调焦：自1 米至最大作业距离✧电池支持时间：2.5 小时✧空气中重量：7.7 公斤✧电池空气中重量：2 公斤✧声纳尺寸：43(包含13 厘米手把) x 20 x 17 厘米✧电池盒尺寸：18 x 13 厘米直径✧作业深度：90 米✧能耗：30W（***********）液压机械臂：⏹180 度旋转⏹80巴压力之下的转矩8Nm⏹80巴压力之下举重10 公斤⏹钳夹旋转180 度⏹可切割绳索⏹材料：高密度聚乙烯，不锈钢叉钳；⏹尺寸：长55.3 厘米，高为9.7 厘米，宽23.2 厘米ROV水下系链电缆：⏹直径：19.5 毫米+/-1 毫米⏹密度：0.99⏹强度：800 daN⏹动态弯曲半径：> 30 厘米⏹静态弯曲半径：>16 厘米ROV水面操纵器：⏹设置相机各类参数，摄像状况，电控快门，亮度调节；⏹启动，显示自动航向，自动水深（包含航迹指示、旋转次数指示）；⏹操纵数字静画相机拍摄；⏹在硬盘上存储相片；⏹启动图像旁注（短文，日期，时间，航向/深度）；⏹系统自检状况（电源状况，自动量测传感器内部温度，湿度，进水报警）；⏹操纵灯光（开，关，亮度）；⏹从相机选取摄像信号（水底搜索情况/ROV潜行状况/静画相片）；⏹显示摄像图像，导航参数，电流，电压，错误信号；⏹操纵器尺寸：64 厘米x 56 厘米x 63 厘米⏹重量：40 公斤⏹外壳材料：聚酯，耐撞，不易破裂，按照IP25 国防标准ROV手持操纵盒：⏹由4 个操纵杆操纵ROV 的运动，操纵垂直稳固⏹同时有一个操控云台的POV(视点)装置，操纵摇动/倾斜摄像⏹相机选择，照明强度操纵⏹调控彩色TV 相机（图像缩放、对焦）ROV电源箱：⏹电源输入：230 V AC/ 50 或者60 Hz/ 3 K V A⏹电源输出：400 V AC/6.25 A 内置防高压、超光度及漏电保护装置⏹耗电：3500 V A⏹重量：82 公斤，带把手，方便搬运⏹电源箱尺寸：60 厘米x 60 厘米x 40 厘米(长、宽、高)⏹保护：符合IP25 国际标准⏹操作温度：0 至50℃⏹储存温度：-10 至+60℃TrackLink 1500 MA水下定位系统：1500MA 水面收发机⏹系统定位精度：优于2.5米；⏹方位定位精度：1度(优于斜距之2%)⏹斜距精度：0.20 米⏹可跟踪目标：16 个⏹作业频率：31 至43.2 kHz⏹作业波宽：120 至150 度⏹传输耗电：10 W⏹接收耗电：1.6 W⏹有船只噪声时作业距离：使用TN1505B 应答器1000 米⏹收发机尺寸：12 . 6 厘米(直径) x 24 厘米；⏹重量：3.5 公斤TN1505B 水下应答器：⏹尺寸：30 厘米x 6.4 厘米(直径)⏹内置电池存储时间：3 年(AA 锂电池)⏹内置电池可运行时间：1 年⏹连续应答时间：8 至10 小时⏹重量：0.86 公斤(在水中)；1.77 公斤(空气中)⏹输入电压：18 至24 VROV导航软件Qinsy：要紧功能有：⏹设备连接；⏹坐标转换与设置；⏹计划测线布置；⏹数据记录与回放；数据编辑；四、光学设备●Trimble DiNi12电子水准仪（美国Trimble公司）Trimble的DiNi12电子水准仪是世界上精度最高的数字水准仪（DS1水准），可全自动平差，可实现无纸化作业，自动出报表。

无人有缆遥控水下机器人ROV（Remote OperatedVehicles）研究综述摘要：无人有缆水下机器人ROV，是一种工作于水下的极限作业机器人，是海洋开发和水下作业的重要工具。

本文简要回顾了无人有缆遥控水下机器人ROV的发展历史，概述了各国在ROV领域的研究成果，以及ROV在各个行业的应用和发展趋势。

关键词：无人有缆，机器人，ROV一、引言21世纪是人类向海洋进军的世纪。

深海作为人类尚未开发的宝地和高技术领域之一，已经成为各国的重要战略目标，也是近几年国际上竞争的焦点之一。

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不亚于宇宙火箭在探索宇宙空间中的作用。

本文将对无人有缆遥控水下机器人ROV研究开发现状和发展趋势作一综述。

二、简介无人遥控潜水器（Remote Operated Vehicles,ROV），也称水下机器人。

一种工作于水下的极限作业机器人，能潜入水中代替人完成某些操作,又称潜水器。

水下环境恶劣危险,人的潜水深度有限，所以水下机器人已成为开发海洋的重要工具。

它的工作方式是由水面母船上的工作人员，通过连接潜水器的脐带提供动力，操纵或控制潜水器，通过水下电视、声呐等专用设备进行观察，还能通过机械手，进行水下作业。

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。

无人遥控潜水器的发展非常迅速，从1953年第一艘无人遥控潜水器问世，到1974年的20年里，全世界共研制了20艘。

特别是l974年以后，由于海洋油气业的迅速发展，无人遥控潜水器也得到飞速发展。

到1981年，无人遥控潜水器发展到了400余艘，其中90％以上是直接，或间接为海洋石油开采业服务的。

1988年，无人遥控潜水器又得到长足发展，猛增到958艘，比1981年增加了110％。

这个时期增加的潜水器多数为有缆遥控潜水器，大约为800艘上下，其中420余艘是直接为海上池气开采用的。

rov的设计流程ROV（Remotely Operated Vehicle）即远程操作车，是一种通过遥控操作的水下机器人。

ROV 的设计流程主要包括需求分析、概念设计、详细设计、制造和测试。

下面是对ROV设计流程的详细解释和相关参考内容。

1. 需求分析需求分析阶段是确定ROV设计目标和技术要求的阶段。

在这个阶段，设计团队需要与用户和相关利益相关者沟通，了解他们的需求和期望。

一些参考内容包括：- 分析ROV的使用环境，例如水下深度、水质、温度等。

- 确定ROV的任务，例如科学研究、海底作业、搜救等。

- 确定ROV的设计要求，例如运动性能、携带能力等。

- 调查市场上现有的ROV产品和技术。

2. 概念设计概念设计阶段是根据需求分析，生成初步的ROV设计方案的阶段。

在这个阶段，设计团队需要进行创意工作，考虑不同的设计方案，并评估其可行性和优劣势。

一些参考内容包括：- 绘制概念草图和故事板，用于表达设计理念。

- 进行初步的工程分析，例如质量估算、动力需求等。

- 进行模型和模拟分析，例如通过计算机辅助设计软件进行流体力学分析。

3. 详细设计详细设计阶段是在概念设计的基础上，进行具体细节设计的阶段。

在这个阶段，设计团队需要确定ROV的具体结构、组件和系统，并进行详细的工程计算和分析。

一些参考内容包括：- 设计ROV的结构和外形。

- 选择和设计关键组件，例如控制系统、动力系统、传感器等。

- 进行工程计算，例如强度计算、浮力计算等。

- 绘制详细的工程图纸和装配图。

4. 制造制造阶段是根据详细设计，制造ROV的物理实体的阶段。

在这个阶段，设计团队需要选择合适的材料和制造工艺，并进行零部件和总装的制造。

一些参考内容包括：- 选择适用的材料和加工工艺，例如玻璃纤维、碳纤维、3D打印等。

- 制造和装配ROV的机械结构和外壳。

- 安装和调试ROV的动力系统、控制系统和传感器。

5. 测试测试阶段是验证ROV设计性能和功能的阶段。

水下机器人的分类水下机器人是一种能够在水中进行活动和工作的机器人，具有各种不同的用途和特点。

根据其功能和特点，可以将水下机器人分为以下几类：1.深海机器人深海机器人是一种能够在深海环境中进行工作和探索的机器人。

它们能够承受极高的水压，同时具有相应的探测和采集能力。

深海机器人包括深潜机器人和ROV （Remotely Operated Vehicle）机器人。

深潜机器人有着更高的自主性和可扩展性，能够完成更加复杂的任务，比如进行科学探测、执行维护任务、进行勘探和采集等。

ROV机器人则通常需要由潜水员远程操作来完成任务，比如进行海底施工、进行海底勘探、响应事故和紧急救援等。

2.水下作业机器人水下作业机器人主要用于海洋工程，能够执行各种需要在水下进行的任务，比如进行海底管道维修、进行海底设备安装、进行水下切割和焊接等。

水下作业机器人通常分为两类，一类是缆索式机器人，用缆索将其与操作柜台连接；一类是自主机器人，可以进行自主行动和工作。

3.潜水机器人潜水机器人是一种能够在水下进行探测、采集、拍摄等任务的机器人。

潜水机器人通常采用电池和燃料电池，能够在水下进行较长时间的操作。

潜水机器人通常分为两种，一种是自主机器人，能够对周围环境做出反应，进行自主移动、探测和拍摄等任务；另一种是远程操控机器人，通过操控器和通讯设备与控制终端进行通讯，实现在水下执行任务。

4.水下机器人器材分类水下机器人在进行各种任务时，还需要搭载不同的器材和传感器，以便实现更加复杂的任务。

这些器材和传感器通常包括摄像头、水下激光仪、声纳、水下定位仪、探测器等。

总之，水下机器人在海洋科学和工程领域中有着广泛的应用前景，可以为人类探索和利用深海等水下领域带来更多的可能性。

ROV的结构设计及关键技术研究随着海洋资源的日益开发和海洋工程的不断推进，海洋机器人技术应运而生。

其中，遥控水下机器人（ROV）作为一种重要的海洋工程装备，在海洋探测、科研、军事等领域具有广泛的应用前景。

本文主要探讨ROV的结构设计及关键技术研究，旨在为提高ROV的性能和可靠性提供参考。

ROV通常由车身、底盘、发动机等部分组成。

在结构设计过程中，需考虑以下因素：车身设计：ROV的车身应具有足够的强度和稳定性，能够承受海底复杂环境的高压和腐蚀。

同时，车身应具备一定的浮力和稳定性，以确保在水中正常运行。

底盘设计：ROV的底盘应具备足够的承载能力，能够支撑起车身和发动机等重部件。

同时，底盘应为密封结构，以防止海水渗入。

发动机设计：ROV的发动机应具有较高的功率密度和可靠性，以满足ROV的作业需求。

在设计中，应考虑发动机的散热、噪音和振动等因素，以确保ROV的安全性和舒适性。

悬挂系统：ROV的悬挂系统对于其稳定性和操控性具有重要影响。

悬挂系统应能够有效地将动力传输到车轮，同时也可以调节车轮的离地距离，以适应不同海底地形。

制动器：制动器是ROV安全性的重要保障。

在设计中，制动器应具备较高的制动效能和稳定性，同时应考虑制动器的散热性能和对环境的适应性。

电子控制系统：电子控制系统是ROV的核心部分之一，它负责控制机器人的运动和作业。

电子控制系统应具备高可靠性和稳定性，能够抵抗外界干扰，同时应便于操作和维护。

以某型ROV为例，其结构设计中采用了模块化的设计思想，将车身、底盘、发动机等部分进行标准化和通用化设计，使得不同部件可以方便地进行替换和维修。

同时，该型ROV在关键技术方面也进行了深入研究，采用了先进的悬挂系统、制动器和电子控制系统，确保了其性能和安全性。

通过实际应用发现，该型ROV在海洋探测和科研领域表现出色，具有作业范围广、稳定性好、可靠性高等优点。

其电子控制系统的智能化程度较高，能够实现多种作业模式，包括自主作业、遥控作业等。