沈阳自动化研究所水下机器人研究室简介

机器人可以进行深海探测。

深海采集。

深海维修。

开发海洋是人类在二十一世纪面临的重大课题，而探索、考察和有效利用国际海域和海底区域是对我国发展海洋高技术和未来海洋产业提出的挑战。

沈阳自动化研究所是国内外有影响的研究与开发水下机器人并形成产品的科研实体之一，首创我国第一台有缆遥控和无缆自治水下机器人。

从某种意义上讲，沈阳自动化研究所的水下机器人各阶段的技术成果代表了我国在这一技术领域的发展水平与过程。

作为中国科学院“知识创新”工程先进制造基地的一部分，沈阳自动化研究所二十年来在水下机器人研制与应用方面为国家水下装备技术，特别是海洋重要装备技术及海洋开发发挥了不可替代的重要作用。

该所拥有一支理念超前，训练有素、经验丰富、技术全面的设计队伍。

水下机器人实验室配备了齐全、先进的试验设备和条件，3个深水模拟压力罐可分别进行水下1000米、1500米、7200米水深的水下模拟试验。

长20米、宽12米、深9米的试验水池可做各种水下机器人整机性能试验和调试。

现已形成了大、中、小型水下机器人系列产品的生产能力，并在国际、国内开展了各种水下工程作业。

早在70年代末期，前瞻性地考虑到海洋是一个广阔的应用领域，从长远看以海洋为背景来发展机器人科学技术，是一项具有开拓性的工作，中国科学院又具有多学科综合性的研究开发能力，因此准备在全院组织力量，支持这一重大项目的实施。

1977年召开的中国科学院自然科学学科规划会议将发展机器人项目列入规划。

蒋新松院士在当年组团赴日考察回国后提出了发展水下机器人的设想。

从此，沈阳自动化研究所锁定了“下海”为海洋开发服务，搞智能机器在海洋中的应用研究的战略目标，决心“要下五洋捉鳖”。

1983年该项课题正式列为中国科学院重点课题，开创了智能机器人科研领域，为水下机器人的研究开发奠定了基础。

二十年来，“水下机器人”由院重点，进而持续列入“六五”、“七五”、“八五”、“九五”和“十五”国家重点项目，成为国家863计划自动化领域智能机器人主题项目的重点内容。

Vol. 44, No. 5Mar., 2022第44卷第5期2022年3月舰船科学技术SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY基于单目直接法的水下视觉惯性里程计方法赵洪全1,2,3,4,徐会希“,3(1.中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点研究室，辽宁沈阳110169; 2.中国科学院机器人与智能制造创新研究院，辽宁沈阳110169; 3.辽宁省水下机器人重点实验室，辽宁沈阳110169; 4.中国科学院大学，北京100049)扌商 要：为将视觉惯性里程计(VIO )有效地应用到水下场景中，提出一种适用于自主水下机器人(AUV ) 执行近距离作业任务时的水下VIO 。

针对水下环境中缺乏角点以及存在大量重复特征的特点，该系统在视觉部分使 用了基于直接法的数据关联方式，在特征点提取过程中将像素点的梯度模作为特征提取的标准；为保证提取出足够多且有效的特征点，采用动态调整特征点提取数量和提取阈值的方法。

此外，通过最小化光度误差对视觉状态量进行估计。

在AQUALOC 数据集上的实验表明，本系统采用的宜接法在比较恶劣的水下环境中获得了比ORB-SLAM3更高的定位精度，并可构造出相对稠密的地图。

关键词：自主水下机器人；水下定位；视觉惯性里程计；单目直接法中图分类号：TP242文献标识码：A文章编号：1672 - 7649(2022)05 - 0065 - 05 doi ： 10.3404/j.issn.l672 - 7649.2022.05.013Underwater visual-inertial odometry based on monocular direct methodZHAO Hong-quan 1234, XU Hui-xi 中(1. State Key Laboratory of Robotics, Shenyang Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences,Shenyang 110016, China; 2. Institutes for Robotics and Intelligent Manufocturing, Chinese Academy of Sciences,Shenyang 110016, China; 3. Key Laboratory of Marine Robotics of Liaoning Province,Shenyang 110169, China; 4. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)Abstract: In order to effectively apply visual-inertial odometry (VIO) to underwater scene, this paper proposes a visu ­al-inertial odometry system which is suitable for autonomous underwater vehicle (AUV) to perform close range tasks. Inview of the lack of comer points and the existence of a large number of repeated features in the underwater environment, adata association method based on direct method is used, which takes the gradient modulus of pixels as the standard of fea ­ture extraction. In order to extract enough effective feature points, the method of dynamically adjusting the number of fea ­ture points and the threshold of feature points extraction is adopted. In addition, the visual state is estimated by minimizing the photometric error. The experimental results on AQUALOC dataset demonstrate that the direct method adopted by thisproposed system has higher localization accuracy than ORB-SLAM3 in a relatively harsh underwater environment, and canconstruct a relatively dense map.Key words: autonomous underwater vehicle ; underwater localization ； visual-inertial odometry ； monocular directmethod0引言自主性是自主水下机器人(autonomous underwatervehicle, AUV)—个很重要的特征叫 而强大的自主定位能力是实现AUV 完全自主运动能力的关键。

海底一万米作者：来源：《科学大观园》2020年第19期全球深度大于6000米的海沟共有37条，这些海沟所在的区域被称作海斗深渊，简称深渊。

它们是迄今全球海洋中人类难以企及、知之甚少的地方。

包括马里亚纳海沟在内的9条最深的海沟分布在西太平洋，它们中的5条深度均超过万米。

海底万米深渊可谓是科研的“无人区”。

然而，随着人们对深渊展开科学调查，一些认识正在被颠覆。

2020年3月，万米载人潜水器在中国船舶集团有限公司七〇二所完成总装并开始全流程水池试验。

水池试验是在一个位于江苏无锡的人工水池中进行的。

水池试验是潜水器从陆地走向水中的第一步，如果把万米载人潜水器比作一辆新车，那么无论是对潜水器，还是将来要操作潜水器的潜航员来说，试验的水池都相当于一个“试车场”。

所谓全流程水池试验，就是要求潜水器在水池环境中，把将来在海洋中需要检验的事情，在水池环境中模拟开展测试，并且潜航员、潜水器调试人员也需要参与合练，熟悉相关操作预案，让潜水器和潜航员都符合出海条件。

走向深海并不容易，第一个问题就是海水带来的高压。

7000米级载人潜水器“蛟龙”号在7000米处受到的压力是700个大气压，对万米载人潜水器来说，再往下4000余米，还要再增加400余个大气压，相当于在一平方米的面积上要顶着一万多吨的重物。

这么大的压力加在潜水器上，对潜水器的材料、结构设计等，都提出了巨大挑战。

除了要承受巨大水压，潜水器还要搭载相关人员、一系列科学设施等，在水中完成科考作业，进一步加大了万米载人潜水器的制造难度。

从一九八六年沈阳自动化研究所研制出我国首台水下机器人”海人一号”，到参与研制我国第一台”蛟龙”号载人潜水器，再到研制“潜龙””探索””海翼””海星”等无人潜水器……三十四年来，我国水下机器人正游向更深更远的大海。

中国船舶集团有限公司七〇二所副所长、万米载人潜水器总设计师叶聪告诉记者，万米载人潜水器具备覆盖全球海洋100%海域的作业能力，这来源于九大关键技术的支撑，如载人潜水器球壳、浮力材料等。

文章编号:1008-1402(2000)04-0317-04水下机器人的发展现状①任福君1,　张　岚2,　王殿君1,　孟庆鑫1(1.哈尔滨工程大学机电学院,黑龙江哈尔滨150001;2.佳木斯大学机械工程学院,黑龙江佳木斯154007)摘　要:　介绍了国内外典型水下机器人的性能特点,阐述了国内外水下机器人发展的历史及现状,总结了水下机器人发展中存在的一些关键问题,并对未来水下机器人领域的发展动向作出了展望.关键词:　水下机器人;水下作业;潜水器;遥控中图分类号:　TP 242.3　文献标识码:　A0　前　言机器人技术是集运动学与动力学理论、机械设计与制造技术、计算机硬件与软件技术、控制理论、电动伺服随动技术、传感器技术、人工智能理论等科学技术为一体的综合技术.它的研究与开发标志着一个国家科学技术的发展水平,而其在各种机械领域的普及应用,则显示了这个国家的经济和科技发展的实力.世界上许多国家为了推进本国的机器人开发事业,打入竞争日益激烈的国际高科技市场,不惜投入巨大的人力、财力来推动机器人技术的发展,开发出了许多类型的机器人.机器人的应用领域也逐渐从人工环境扩展到了水下和宇宙.随着人口数量的增长和科学技术水平的不断提高,人类已把海洋作为生存和发展的新领域,海洋的开发与利用已经成为决定一个国家兴衰的基本因素之一.从而使水下机器人具有更加广阔的应用前景.水下机器人设计是一项综合性的复杂工程,技术密集度高,是公认的高科技,它的研制水平体现了一个国家的综合技术力量.水下机器人一般可以分为两大类:一类是有缆水下机器人,习惯称为遥控潜水器(Rem ote Operated Vehicle ,简称ROV );另一类是无缆水下机器人,习惯称为自治潜水器(Autonomo us Underwa ter V ehicle ,简称AUV ).此外,按使用的目的分,有水下调查机器人(观测、测量、试验材料的收集等)和水下作业机器人(水下焊接、拧管子、水下建筑、水下切割等作业);按活动场所分,有海底机器人和水中机器人.水下机器人在20世纪50年代初诞生时,由于所涉及的新技术还不够成熟,电子设备的故障率高,通信的匹配以及起吊回收等问题没有很好解决,因此发展不快,没有受到人们的重视.到了60年代,国际上开始两大开发技术,即宇宙和海洋开发,促使远距离操纵型机器人得到了很快的发展.在最近的20多年内,由于海洋开发与军事上的需要,尤其是水下机器人本体所需的各种材料及技术已得到了较好的解决,水下机器人才得到了很大发展,开发出了一批能工作在各种不同深度,进行多种作业的机器人,可用于石油开采、海底矿藏调查、救捞作业、管道敷设和检查、电缆敷设和检查、海上养殖、江河水库的大坝检查及军事等领域.相信随着开发海洋的需要及技术的进步,适应各种需要的水下机器人将会得到更大的发展.1　国外水下机器人的发展现状国外从20年代开始现代潜水器研制,一直到60年代,主要是向深度挑战.1934年,美国潜水器潜入914m 深度.1960年,人类终于下潜到海洋最深处10913m,即太平洋马里亚纳海沟.60年代,以美国“阿尔文”号深潜器为代表的第二代潜水器得到发展.这类潜水器带有动力,还配置了水下电视、机械手等,不仅可以观察,还可以进行一些简单作业和海洋资源调查等任务.“阿尔文”号以铅酸电池作为动力,下潜深度3658m.1961年,美国首先在潜水艇“脱里埃斯特”号装上机械手臂.1963年,美国开始执行深海发展计划,第18卷第4期佳木斯大学学报(自然科学版)Vol .18N o .42000年12月Journal of Jiamusi University (N atural Science Edition )Dec .2000 ①收稿日期:2000-09-17 作者简介:任福君(1961-),男,山东平度人,佳木斯大学教授,副校长,哈尔滨工程大学博士后,兼职博士生导师.318佳　木　斯　大　学　学　报　(自　然　科　学　版) 2000年在许多潜水调查船上安装机械手臂.1966年1月,美国人使用了一个名叫“科沃”的机器人,把因轰炸机失事落到700多米深海底的一颗氢弹安全地打捞起来.1970年,美国深潜救生艇DSRV下水,最大下潜深度1069m,并配有7自由度机械手.一次可营救24名人员.1979年,美、英联合进行DSRV救援演习获得成功,这是人类历史上第一次在水下由救生艇,向另一潜艇进行人员转移.70年代中后期,新一代无人遥控潜水器ROV使潜水器发展到了鼎盛时期.水下机器人开始大量取代过去由载人深潜器和潜水员所承担的工作,尤其是在大深度和危险的区域,发挥了更大的优势.海底调查机器人(SIR系统)是一个海底检测和检查用的机器人系统,履带式移动,装备着各种传感器和仪器、水下电视、照相设备以及现场土质试验装置.它可在母船操纵下下潜到70米深的海底,检测100米见方的区域.除了上述有缆水下机器人以外,还有一种无缆水下机器人,整个外形象一个鱼雷.它由母船通过声波进行遥控,能按给定的航道、深度,以每小时6海里的速度航行.在最大速度时续航时间为6小时.DU PLU SⅡ型水下机器人是英国DU PLU S公司1987年研制成的一种新型水下机器人.它的独到之处是可按有人、无人或有人加遥控等工作方式来使用.它的作业深度为750m,在载人时,由于水下视觉较直观,在水下摄影、观察和水下机动作业都比较方便.HYBALL水下机器人是英国HYDROV ISION有限公司于90年代开发研制的最新产品.它具有操纵简单、成本低廉、保养维修方便、性能先进可靠、功能齐全等优点.HYBALL水下机器人完全由水面控制单元内的计算机控制,操作员只要在水面使用操纵杆,便可控制机器人前进、后退、侧推、上升或下潜.水下机器人在军事领域中也具有极高的利用价值和良好的发展前景.美国海军正积极研制更加先进的水下机器人.制式遥控探雷系统RM S(V)是1994年8月由洛克希德·马丁公司开始研制的,它是一个半潜式的遥控潜水器,装有前视声纳及可变深度的扫雷声纳.RM S(V)可由水面作战舰只携带,舰队到达雷区时,该系统可在战舰前行驶,并对3-61米深的海中沉底雷及锚雷进行探测、分类及定位,使舰队可以绕过水雷前进.1996年底,该公司开始研制RM S(V)3型系统,它采用了新的潜水器,长7.3米,重5443公斤,从空中和水下都难发现它.母舰通过一条低数据率的无线电线路控制潜水器,而RM S(V)则通过一条高数据率的单向线路将测得的水雷数据传送给母舰,因而很难被敌人截获.美国海军还于1996年底开始设计长期水雷侦察系统,2000财年开始研制.这种潜水器将装载洛杉矶级核潜艇及美国新型攻击型潜艇上.此外,海军还打算在LM RS的基础上,换上不同的传感器负载,去完成海洋监视、情报及战术等各种特殊任务.此外,从1996年开始,美国海军作战中心的海岸系统研究所对基础技术进行了探索性研究,重点研究了海浪区潜水器的改进及潜水环境下的作业.研究提出的一种方案是,在一个无人潜水器(UUV)中装入一群(20-25个)机器人,由一艘军舰在距海岸25-30英里处放出机器人并在那里等候,机器人在水底爬向准备登陆的通道,搜索水雷及其它障碍物,并清除这些障碍物.近年来,随着仿生学研究的不断进步,许多水下机器人科研工作者又将注意力集中到长期生活在水下,特别是能在水中自由遨游的鱼类的游动机理的研究上.鱼类长期生活在水下,进化出了性能完备的游动机能和器官.利用鱼类游动机理推动机器人在水下浮游的想法伴随着仿生学、材料学、自动控制理论等学科的发展成为现实.日本名古屋大学的福田敏男提出了一种基于鱼类胸鳍游动推进机理由压电陶瓷推动两个对称模片摆动的微型水下浮游机器人,进行了一系列研究,并研制了试验样机.美国佛罗里达中心大学的科研人员正在研制一种微电子鱼水下机器人“M ERIF”,该机器人的驱动系统完全由形状记忆合金制成,主要由控制、运动、驱动、悬浮、传感等5个子系统组成.其主要目的是模仿自然界的鱼类,通过鱼尾的摆动实现机器人的水下浮游;研制一种无噪声的水下驱动系统,使机器人更接近所要观察、研究的水下生物;采用一种“能量循环”的方法,实现大范围、长时间的水下作业.此外,日本和美国在电磁马达驱动仿生机器鱼等方面也进行了大量的系统研究,取得了大量的研究成果,均成功的研制出了试验样机.2　国内水下机器人的发展现状我国从70年代开始较大规模地开展潜水器研制工作,20多年来,先后研制成功以援潜救生为主的7103艇(有缆有人)、I 型救生钟(有缆有人)、QSZ 单人常压潜水器(有缆有人)、8A4水下机器人ROV (有缆无人)和军民两用的HR —01ROV ,RECON IV ROV 及CR -01A 6000m 水下机器人AUV (无人无缆)等,使我国潜水器研制达到了国际先进水平.Ⅰ型救生钟是我国第一代潜水钟,主要实施海上援潜救生,它以湿救为主,兼顾干救,下潜深度130m ,一次可救助艇员6-8人.在良好海况下,失事艇座沉海底倾角不大时,也可以与失事艇救生平台对口干救.80年代中,我国开始研制作业型载人潜水器,典型代表是QSZ 单人常压潜水器.80年代末,中国船舶工业总公司组织二所二校联合攻关,研制8A4水下机器人.其目标是研制一台以军用援潜救生为主兼顾海洋油气开发,具有局部智能的无人缆控作业型水下机器人—ROV.它有三个显著的技术特征:总体性能好于当时国内正在研制的各种缆控潜水器,技术层次上区别于“863”无缆水下机器人;吸取引进的AM ETEK 2006ROV 先进技术,按作业要求,改进其不足之处;以援潜救生为主,逐步实现抢险救生作业智能化.8A4水下机器人工作深度为600m,设有中继站,巡航半径为150m ,配有五功能锚定手和六功能作业手,并配有六种作业工具支持.8A4水下机器人1993年通过海试.同时期,我国ROV 另一典型代表是RECON I V 水下机器人,它是沈阳自动化所引进美国PERRY 公司的关键技术研制成功的,在南海石油平台作业中投入商业应用,并拟在海军各救捞大队配备使用.上海交通大学和加拿大I .S.E 公司通过政府合作方式,联合研制成功Hysub 10及Hysub 40ROV.RECON-IV -300-SI A 水下机器人是中国科学院沈阳自动化研究所“七五”期间从美国PERRY 公司引进RECON 水下机器人技术的基础上自行研仿而成的,水下工作时机动性和活动半径较大,其国产化率达90%以上.进入90年代,我国深潜器研制取得了重大突破,其典型代表是“探索者”号1000m 无人无缆遥控潜水器和“CR —01A ”6000m 无人无缆遥控潜水器AUV .1994年10月“探索者”号在西沙群岛近海域成功地下潜到水下1000米深处,成为我国到达深海的先驱者,专家一致认为“探索者”号无缆水下机器人整机功能、主要技术性能指标均达到国际90年代最先进的同类型水下机器人水平.“CR —01A ”借助了俄罗斯的有关技术力量,其设计深度为6000m.1995年10月,在夏威夷附近海域,成功地下潜到5300m ,拍摄到海底锰结核矿分布情况,获得了清晰的海底录像、照片和声纳浅剖图,收集到大量珍贵数据.它的试验成功,使我国能够对海沟以外的占世界海洋面积的97%的大洋海底进行精确、高效、全覆盖地观察、测量、储存和进行时实传输,并能精确绘制深海矿区的二维、三维海底地形地貌图.还建立了以资源库、环境库、和文件库组成的“大洋矿产资源研究开发数据库”,推动了我国海洋技术的发展,并使我国在无人无缆自治水下机器人领域里一步跨越了20年.表明我国已成为继美、法、俄、日等国之后,能研制6000m 深潜器的国家之一,为今后大洋锰结核矿探测和大规模开采,创造了先决条件.“CR —01”继1995年在太平洋完成深海功能试验之后,经历了一年半的工程改造,于1997年5月20日到6月27日,又一次在太平洋圆满地完成了各项洋底调查任务,获得了大量的数据和资料.“CR —01”性能优异,可靠性高,能执行遥控命令,是一项高新技术成果,也是863计划的一个重大成果.这两次深海试验的成功表明,我国研制的第一代6000米水下机器人制造技术已经成熟,从而使我国的水下自治机器人制造技术达到了世界先进水平.同时期,国内也开始了基于仿生学原理的水下机器人的研究工作.目前,哈尔滨工程大学正在进行基于蠕动原理水下机器人的研究工作,并取得了顺利的进展.3　水下机器人技术发展中的几个问题除了机器人领域中普遍存在的系统发展方式、编程语言与编程方式、传感器的引入及机器人本体上的进化等共性问题以外,水下机器人技术还存在一些特殊问题.319第4期 任福君等:水下机器人的发展现状320佳　木　斯　大　学　学　报　(自　然　科　学　版) 2000年水下机器人的援潜救生作业是世界各国潜水器研制的首要目标.但是在实际应用中,由于海况的复杂性,离真正实现快速、有效援潜救生的理想目标尚有一段距离.不久前俄罗斯潜艇失事后的救援失败,充分说明了这一点.水下机器人动力定位的控制问题是一个有待研究的问题.水下机器人的回收问题是一个至今还没有完全解决的问题.远距离水下通信和水下机器人的能源问题也是亟待解决的难题.4　水下机器人发展的展望21世纪将是海洋的世纪,随着技术的进步,各式各样的水下机器人将以更快的速度发展起来.从控制方式来看,将采用遥控、监控、预编程、局部自治或其组合等,这会使水下机器人的应用更加广泛.未来的水下机器人应该具有象鱼一样的推进效率、高的游动速度以及极好的运动灵活性能,同时,提高它的通用性,并且希望其具有一定的人工智能,可以根据内部信息和环境信息稳定可靠地自主作业,能够代替人在需要的深水环境中担负起自动或半自动的决策任务,以适应未来开发和探测海洋的需要.水下机器人的高度智能化也将是广大科技工作者努力的方向.此外,还希望能降低水下机器人本体和控制装置的成本,提高其使用寿命等.参考文献:[1]　刘军考,陈在礼,陈维山,王力纲.水下机器人新型仿鱼鳍推进器[J].机器人.2000(5):427-432.[2]　袁幼零.以发展中国机器人事业为己任[J].机器人技术与应用.2000(1):5-10.[3]　陈建平.我国潜水器发展状况及存在的问题[J].机器人技术与应用.1999(2):7-9.[4]　余雄,唐哓东.国内外几种水下机器人的性能对比与分析[J].机器人技术与应用.1997(1):18-20.[5]　蒋新松.未来机器人技术的发展方向[J].机器人技术与应用.1997(2):2-5.[6]　史美功,俞学廉.工业机器人[M].上海,上海科技出版社.1987.[7]　辛建成.美国海军未来的水下机器人[J].机器人技术与应用.2000(3):19-21.[8]　李成桐.对中国机器人产业的思考[J].机器人技术与应用.2000(4):2-6.[9]　郭巧.现代机器人学[M].北京,北京理工大学出版社.1999.[10]　陈泊真,汪广海.中国海洋工程的发展与展望[J].钢结构.2000(1):3-6.[11]　Sfakiotakis M,Lane D M,Bruce J,Davies C.Review of Fish Sw im ming M odes fo r Aquatic Locomo tion[J].IE EE J ou rnal of OceanEngineering.1999.24(2):237-252.DEVELOPMENT STATE OF UN DERWATER VEHICLESR EN Fu-jun1,　Z H AN G Lan2,　W AN G Dian-jun1,　MEN G Qing-x in1(1.Mechanical and Electrical College,H arbin Engineering Univers ity,Harbin150001,China;2.College of Mechanical Engineering, Jiamusi University,Jiamusi,154007,China)ABSTRACT:　This paper intro duces the functio ns and characteristics o f underw ater v ehicles in the w o rld,introduces the dev elo pment histo ry a nd sta te of the v ehicles,a nd sum s up the key questio ns in dev elo ping the v ehicles a t the present time.At last,this paper lo oks ahead the dev elo ping tendency of underw ater v ehicles in the future.KEY WORDS:　underwa ter v ehicle;underwa ter o perating;o perated v ehicle;remo te co ntro。

机器人技术哪家强？中国最有潜力的十大机器人研究中心
一览
国内工业机器人企业总量353家，其中做系统集成的占86%，做伺服系统的占 5.67%，做控制器的占 4.25%，做减速器的占 3.68%。

目前在核心部件上突破是关键，国内有不
少的自动研究中心都有机器人研发的项目，技术研发将是一
个很重要的环节，国内最有潜力的十家研究机构将扮演重要
角色。

随着人力成本的上涨，中国制造业越来越重视机器自动化
的投入，使得机器人产业得到了巨大的发展机遇。

2013年中国超过日本，成为年购买机器人数量最多的国家。

中国去
年购买了36500台机器人，工厂的业主们现在更倾向于购买
更便于管理的机器人。

2013年，前十大外资机器人品牌在中国销售数量总计 2.6万台，出货量在1000台以上的有9家。

以发那科、ABB、库卡、安川四巨头为代表的外资企业，去年占据了中国87%的工业机器人市场。

目前国产机器人在国内机器人市场的份
额只有13%，机器人国产化任重道远。

而打破核心部件的瓶颈，将是机器人“中国造”的突围之路。

在政策的扶持下，全国已建或拟建的机器人相关产业园(基地)已超过30个，产业园规划面积超过 2.8万亩。

截至2014。

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。

Vol. 45 No. 5May. 2021第45卷第5期2021年5月液压与$动Chinese Hydraulics & Pneumatics doi ： 10.11832/j. issn. 1000-4858.2021.05.003水下大臂展机械手动力学建模与仿真分析刘 涛1!2'3'4 ,张奇峰^3,张运修1!2'3'4 ,孙英哲1!2'3'4 ,范云龙心(1.中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室，辽宁沈阳110016；2.中国科学院机器人与智能制造创新研究院，辽宁沈阳110169；3.辽宁省水下机器人重点实验室，辽宁沈阳110169；4.中国科学院大学，北京100049)摘 要：面向水下环境大范围精细作业需求，对水下大臂展机械手系统进行动力学建模和关节驱动力矩求解分析。

首先，基于D-H 理论对水下大臂展机械手进行正、逆运动学分析，求解各连杆速度与加速度； 然后，构建水下大臂展机械手的动力学模型，使用莫里森公式和D-H 理论完善动力学模型中的水动力项，采 用拉格朗日法求解整机的净浮力、惯性力、离心力、科氏力与末端负载力项，得出各关节所需驱动力矩和关节角、环境水流速度以及末端负载之间的函数关系；最后，针对具体作业场景，得出环境水流速度、目标负载转 运下机械手各关节所需驱动力矩，为水下大臂展机械手设计提供理论支撑。

关键词：水下机械手；大臂展;水动力；动力学；运动学中图分类号:TH137；TH113 文献标志码:B 文章编号：1000-4858 (2021 )05-0025-08Dynamic Modeling and Simulation Analysis of UndeDvaterManipulator w 让h Larye ArmsLIU TVO 1，2,3,4 , ZHANG Qi-feng 1，2,3, ZHANG Yun-xio 1，2,3,4 , SUN Ying-zha 1，2,3,4 , FAN Yun-long 1，2,3( 1 .SiaieKeyLaboaaioayoeRoboiocs ， ShenyangInsioiuieoeAuiomaioon ， ChoneseAcademyoeScoences ， Shenyang ， Loaonong 110016；2. Insioiuies eoaRoboiocsand Inie e ogeniManueaciuaong , ChoneseAcademyoeScoences , Shenyang , Loaonong 110169；3.KeyLaboaaioayoeMaaoneRoboiocs , Shenyang , Loaonong 110169；4. University of Chinese Academy of Sciences , Beijing 100049)Abstract ： Aiming at tha requirement of larya-scaia accurate obsecation and operation of undeoVar environment , dynamocmodeeongand ioonidaoeongmomenioeundeawaieamanopueaioawoih eaageaamsaaeca a oed oui.Foasiey ,based on iheD-H iheoay , iheeoawaad and oneeasekonemaiocsoeundeawaieamanopueaioawoih eaageaamsos anaeyaed.Meanwhoeeiheeeeocoiyand acceeeaaioon oeeach eonk aod aaesoeeed.Then , ihedynamocmodeeoeiheundeawaieamanopueaioawoih eaageaamsosconsiaucied.Amongihem , ihehydaodynamocieamson ihedynamocmodee aaepeaeecied usongMo a oson eoamueaand D-H iheoay.And iheLagaangemeihod osused iosoeeeiheneibuoyancy ,oneaioaeoace , ceniaoeugaeeoace , Coaooeoseoaceand ieamonaeeoad ieam oeihewhoeemanopueaioa.In ihosway , iheeuncioonaeaeeaioonshop beiween ihedaoeongioaqueand iooniangee , amboeniwaieaeeoweeeocoiyand ieamonaeeoad oe each iooniosobiaoned.Fona e y , accoadongioihespecoeocopeaaioon scene , consodeaongiheeeeocoiyoeeneoaonmeniae eeowand iaageieoad , ihedaoeongioaqueeoaeach ioonioeihemanopueaioaaaeobiaoned , whoch paoeodesiheoaeiocae suppoaieoaihedesogn oeiheundeawaieamanopueaioawoih eaageaams.Key words : undeDvatar maniyulatcr, larya amis , hydrodynamic , dynamics , kinematics收稿日期：2020-11-09修回日期：2020-12-16基金项目：国家重点研发计划(2016YFC0300401,2017YFC0306402);中国科学院战略性先导科技专项！ XDA22040102)作者简介:刘涛(1995—),男，山西晋中人,硕士研究生,主要从事水下机械手方面的研究。