“探究4500” “海斗一号”捷报频传一同了解一下我国水下机器人的展开进程吧!

发布时间:2022-07-01 12:59:43 | 作者:环球体育靠谱吗


  “探究4500”在我国第12次北极科考中,成功完结北极高纬度海冰掩盖区科考使命。这是我国初次使用自主水下机器人在北极高纬度区域展开近海底科考使用,其成功下潜为北极环境查询研讨供给了一种新的勘探手法,将为我国深度参加北极环境保护供给重要的科学支撑。

  “海斗一号”全海深自主遥控潜水器在刚刚完毕的我国马里亚纳海沟深渊科学考察中获得世界级效果,在世界上初次完结了对“挑战者深渊”西部洼陷区的大范围全掩盖声学巡航勘探。其成功使用,表明晰我国全海深无人潜水器正式跨入万米科考使用的新阶段,添补了其时世界上全海深无人潜水器万米科考使用的空白。什么是海洋机器人?海洋机器人(unmanned marine vehicles,UMV)是人类知道海洋、开发海洋不行短少的东西之一,亦是建造海洋强国、保卫国家安全和完结可持续展开所必需的一种高技能手法。

  海洋机器人在机器人学领域归于服务机器人类,它包含水下机器人(unmanned underwater vehicles,UUV)与水面机器人(unmanned surface vehicles,USV)。“水下机器人”包含有缆遥控水下机器人(remotely operated vehicles,ROV)和自主水下机器人(autonomous underwater vehicles,AUV)2大类。世界海洋机器人展开的前史大约70年,阅历了从载人到无人,从遥控到自主的首要阶段。我国的科研人员用了大约一半的时刻走过了这一进程。

  加拿大世界潜水器工程公司(ISE)总裁麦克法兰将海洋机器人的展开前史分为4个阶段,并将前3个阶段称为革新(revolution):第一次革新在20世纪60年代,以载人潜水器为标志;第2次革新为70年代,以遥控水下机器人的敏捷展开为特征;第三次革新大体为80年代,以自主水下机器人的展开和水面机器人(USV)的呈现为标志。现在则是混合型海洋机器人的年代。我国海洋机器人研讨进程20世纪70年代晚期,为了使我国的海洋机器人技能提前跻身世界先进部队及习惯海洋开发的需求,我国开端着手海洋机器人的研制作业,我国科学院沈阳自动化研讨所(以下简称沈阳自动化研讨所)是我国较早展开海洋机器人研讨的单位之一,本次参加北极科考的“探究4500” 自主水下机器人便是由该所研制完结的。我国的海洋机器人作业稳步展开,其研讨开发的进程从一个旁边面反映了我国海洋机器人作业的展开。其进程大体分为3个阶段。

  沈阳自动化研讨所的研讨作业起于第二代遥控水下机器人。1979年以蒋新松院士为首的团队在国内最早提出了海洋机器人研讨方案。1981年,沈阳自动化研讨所承当了我国科学院支撑的“智能机器在海洋中使用研讨”,即“海人一号(HR—01)”课题,开端研制我国第一台作业型遥控水下机器人,其总功率20马力,最大作业水深200米,装有6功用带有触觉的主从伺服机械手,包含电动主手和液压从手,主、从手之间选用双向反应构成力感,并以其时较为先进的多片微控制器构成了相当于机器人大脑和神经的控制和通讯体系。海人一号(HR-01)水下机器人(图片来历:我国科学院)

  该机器人以海洋石油开发、打捞救生作业等为使用布景,课题研讨作业得到上海交通大学的大力协作,展开顺畅,1985年完结了首航,1986年改善后的“海人一号”完结了海上实验。“海人一号”是我国科研人员彻底依托自主技能和立足于国内的配套条件展开的研讨作业,是我国水下机器人展开史上的一个重要里程碑事情。

  “海人一号”的研讨展开加深了科研人员对这种海洋配备的科学知道,积累了技能及经历,训练了人才,培养了部队。其时,关于我国是否应当大力展开机器人工业是有争辩的,“海人一号”的成功对后来我国机器人研制和工业化起到了促进效果。经媒体报道后,水下机器人潜在的使用远景引起了国内、外的注重。尔后国内的相关科研力气开端向这一方向聚集。“海人一号”属原理样机,间隔有用还有很大间隔,这也使咱们知道到咱们与世界先进水平的间隔,以及向国外同行学习的必要性。“海人一号”的成功为后来世界协作奠定了技能根底。

  与此一同,沈阳自动化研讨所又开发了小型遥控水下机器人“金鱼”号,六足步行海底机器人“海蟹”号和“海潜”号等多品种型遥控水下机器人,别离使用于水库大坝拦污栅查看、石油钻井渠道、海底探查、救助打捞、水电站大坝检测等场合。

  1986年,沈阳自动化研讨所与美国佩瑞公司签订了“RECON—IV”中型水下机器人技能引进合同,仅就技能杂乱程度而言,“RECON—IV”远不及“海人一号”,可是“RECON—IV”是世界上有知名度的有用产品,有用化是咱们需求补偿的间隔,“RECON—IV”的电子设备悉数集中于水面控制台,水下部分仅为履行器和传感器,整机体系可靠性高和易于保护。其时国内水下机器人仍是新事物,没有相关配套条件,90%以上的零部件均需进口,例如,水下机械手及作业东西、水下电机、系缆、铠装主缆、浮力资料、各种传感器、水下摄像机、水下照明灯及云台、水密接插件等,甚至连紧固件都需求进口。

  随后在国家有关部门支撑下展开了国产化作业,十多个单位与沈阳自动化研讨所一同攻关,通过3年的尽力,国产化获得很大展开,所需进口的部件全面国产化,可是很多选用国产零部件后的“RECON—IV”整机可靠性大幅度下降,以至于在海上服务时毛病多,用户不满意,一同需求很多备品配件支撑,使得总成本大幅度添加。后来,下降国产化零部件的份额至大约80%才使功用稳定下来。国产化零部件需求一个通过实践不断改善和完善的进程,还需求研制单位的注重和坚持,需求很大的投入。因为这类配备数量不大,没有国家方针的支撑和拔擢就会夭亡。

  跟着国产“RECON—IV—300—SIA”的诞生和走向海洋石油出产现场,科研主干们也分期、分批走上海洋石油钻井渠道,参加现场作业值勤和实践操作。现场环境和实践出产进程的杂乱性、多变性、突发性、严重性以及设备习惯性、操作便利性及怎么完结进一步进步功率等实践问题使科研人员有了深化的领会,他们的感性知道得到大幅度进步,这些消融在他们的科研理念和规划思维中。人的科研本质和才能的进步对沈阳自动化研讨所的研讨水平进步起到至关重要的效果。RECON-IV-SIA水下机器人(图片来历:我国科学院)

  1990年,“RECON—IV—300—SIA”初次销往世界商场,我国第一次有了能够参加世界投标竞赛的水下机器人产品。尔后,屡次在世界投标中中标并在我国南海石油钻井渠道上服务,一同为国内有关部门供给了20多套各品种型的遥控水下机器人体系,成为国内唯一贯国内外商场供给海洋机器人产品并供给各种技能支撑和水下工程服务的单位。现在,沈阳自动化研讨所不只可为用户定制潜深1000米以浅的各类遥控水下机器人产品,还能供给水下灯、云台、多品种型水密接插件、水下伺服机械手、开关机械手、水下作业东西(如清洗、切开、替换献身阳极、收回大型沉物夹持器)、人机交互设备总成、具有防摆止荡功用的大型甲板成套布放与收回设备等。

  自主水下机器人没有电缆、自带动力、不靠遥控、依托机载自主才能履行作业,是用机器智力代替人的智力的先进的第三代水下机器人,其潜在使用含义巨大。从80年代晚期起,沈阳自动化研讨所与702所、我国科学院声学研讨所、哈尔滨工程大学等单位组成团队,在国家863方案支撑下,彻底依托自主技能展开研讨,使用3年时刻研制成功我国第一台潜深1000米的自主水下机器人——“探究者”号。“探究者”号与它的总规划师封锡盛院士(图片来历:我国科学院)

  “探究者”号在深潜技能、自主控制、规划与驾驭、先进电子及计算机体系和软件、导航定位、避碰、毛病诊断、视觉扶引、全自动布放与收回、地势地貌勘探、水声通讯、流体动力学规划、建模、推进、抗高水压动力单元等领域进行了全面探究和开发。这些为我国自主水下机器人的展开奠定了坚实的根底。

  从1992年开端,沈阳自动化研讨所与俄罗斯海洋技能问题研讨所协作,着手研制6000米级自主水下机器人——“CR—01”。俄罗斯海洋技能问题研讨所此前研制的MT—88是其第八套该等级的自主水下机器人,具有较为老练的深水机器人技能,特别在结构、资料、密封、整体集成、软件、传感器以及深海作业经历等方面具有利益,但在电子及计算机、流体动力学、浅地层剖面声呐和测深测扫声呐的电子信号处理等方面中方优势显着。中俄两边专家通过四轮的联合规划,交融了各方的利益,确认了“CR—01”的整体方案。“CR—01”于1995年研制成功,别离于1995年、1997年两次赴太平洋我国多金属结核拓荒区展开查询作业,获得了很多的海底多金属结核录像、相片及声图资料,为拓荒区资源勘查供给了重要的依据。上述一系列效果使我国一跃成为世界上少量具有该项技能和设备的国家之一。“CR—01”被评为1997年我国十大科技展开之一,同年获我国科学院科技进步特等奖和归纳严重效果奖。CR-01(图片来历:我国科学院)

  在“CR—01”研制成功的根底上,又以中方向俄方收购部件的方法研制了“CR—02”。与“CR—01”比较,“CR—02”具有习惯杂乱地势的才能。近年来,在上述根底上,沈阳自动化研讨所又自主研制出新一代的6000米级自主机器人“潜龙”一号,其安全性、可靠性、海上作业的习惯性、续航时刻和各种勘探设备的功用有了大幅度进步。为了习惯海底通讯业展开的需求,90年代晚期,沈阳自动化研讨所与意大利Sonsub公司协作,联合开发了海底行走式遥控水下机器人“海星”号。“海星”号又称自走式海缆埋设机,分量小于10吨,潜深300米,有2只健壮的机械手,用于抓取海床上的通讯光缆,能以500米/小时速度将海底光电缆与接驳盒埋入海底1.5米深处。这是国内初次研制的大型、作业才能强的海底行走机器人,该项意图研制成功使我国在水下机器人大功率高电压传输、大深度、强作业型机器人的研制方面积累了经历,也为后续研制大型遥控水下机器人打下了根底。

  进入21世纪,沈阳自动化研讨所进入自主立异研制海洋机器人的时期。2002年,沈阳自动化研讨所着手研制自治/遥控水下机器人ARV。ARV是一种集AUV和ROV技能特色于一身的第四代混合型水下机器人,它具有开放式、模块化、可重构的体系结构和多种控制方法,自带动力并带着光纤微缆。2005~2008年,先后研制成功三型ARV(SARV—A,SARV—R和北极ARV)。北极ARV(图片来历:北国网)

  其间北极ARV在2008和2010年别离参加了我国第三次、第四次北极科考,获取了很多有价值的实验科考数据,发明晰我国水下机器人在高纬度下展开冰下查询的记载,为水下机器人技能后续展开和在北极科考中的使用奠定了技能根底,也进步了我国水下机器人技能水平和世界影响力。其效果受到了国内外同行和新闻媒体的广泛注重。

  在全面把握了深水自主水下机器人技能的根底上,沈阳自动化研讨所联合国内多家单位,历经十年,研讨并突破了智能控制、准确导航、高效动力使用、海洋环境观测、海底地势地貌勘探等要害技能,历经几百次湖上和海上实验,于2010年研制成功我国首型长航程自主水下机器人,发明并屡次改写了我国AUV一次下水接连飞行间隔和飞行时刻的记载,标志着我国已全面把握了长航程自主水下机器人的技能,并迈入世界先进水平。

  2011年11月,受我国大洋协会托付,中科院沈阳自动化所联合中科院声学所、哈工程大学正式发动6000米AUV项目,开端研制我国自己的、能够深化水下6000米的无人无缆潜器。

  “潜龙一号”是我国大洋矿产资源研讨开发协会办公室支撑研制的我国首台有用化6000米级AUV,以海底多金属结核资源查询为意图,首要进行海底地势地貌、地质结构、海底流场、海洋环境参数和光学勘探等精密查询。潜龙一号(图片来历:我国科学院)

  2013年9月,“潜龙一号”初次赴太平洋多金属结核区履行查询使命,截止现在,“潜龙一号”累计在多金属结核区等区域作业40次。“潜龙一号”的续航时刻是30h,最大作业深度为6000m,能掩盖全球97%的海域面积,其搭载了我国自主研制的测深侧扫声呐、浅地层剖面仪、国产高清照相机,也搭载了CTD等多种水文勘探传感器,具有大范围声学查询和近海底光学查询两种作业形式。“潜龙一号”支撑长基线和超短基线两种定位形式,用户依据使命需求自行挑选。在研制进程中,“潜龙一号”AUV要点处理了深海AUV组合导航定位技能、深海AUV动力定位技能,为后续深海AUV的展开奠定了坚实的技能根底。

  不久,“潜龙二号”成功研制, 潜龙二号”4500米级AUV是“十二五”国家863海洋技能领域支撑研制的严重项目,是为西南印度洋热液资源勘测而专门规划的AUV,也是首台在西南印度洋洋中脊履行热液科学查询的国产AUV,“潜龙二号”是立扁仿鱼形流体外形,选用4个可旋转推进器的动力布局,最大深度4500m,续航时刻30h,针对多金属硫化物矿区需求研制,在机动性、避碰才能、快速三维地势地貌成图、浮力资料国产化方面均有较大进步,为我国海底多金属硫化物查询和勘探供给了高效、精密、归纳的先进手法。潜龙二号(图片来历:我国军视网)

  2015年12月,“潜龙二号”在西南印度洋洋中脊热液区发现了多处热液反常现象,这也是我国AUV初次在洋中脊发现热液反常。

  “探究4500”AUV是我国科学院战略性先导科技专项支撑研制的4500米级AUV,其首要技能指标与“潜龙二号”根本相同,仅仅因为“探究4500”搭载了更多品种的科学勘探载荷,其水下作业时刻缩减到20h。它首要用于冷泉区近海底的声光查询,也是我国首台用于冷泉科考的国产AUV。探究4500(图片来历:沈阳发布)

  2016年7月,“探究4500”AUV在南海完结海试后,紧接着在我国南海北部冷泉区展开了实验性使用,这是它初次在我国南海冷泉区展开科学考察,已成为我国冷泉科学查询的规范配备。

  2017年7月,根据“科学”船,“探究4500”AUV与“发现”ROV在我国南海北部冷泉区展开了我国初次AUV和ROV的协同联协作业实验,创始了海洋科考作业的新形式。探究4500(图片来历:人民日报)

  10月7日,我国科学院沈阳自动化研讨所发布音讯称,“探究4500”在我国第12次北极科考中,成功完结北极高纬度海冰掩盖区科考使命。

  为了迈向深海,2016年7月“海斗一号”立项,由科技部“十三五”国家要点研制方案“深海要害技能与配备”要点专项支撑,由中科院沈阳自动化所牵头联合国内十余家科研单位一同攻关,旨在研制一款具有彻底自主知识产权、集勘探与作业一体化规划和自主遥控多控制形式相结合的万米深潜配备,为我国深渊科学研讨供给一种先进的全新高技能手法。

  “海斗一号”科研团队集智攻关,突破了多项要害核心技能,并展开了系列测实验证。“海斗一号”于2019年8月完结了南海4500米阶段性海试,于2020年5月完结了马里亚纳海沟的初次万米成功下潜,当选了2020年两院院士评选的“我国十大科技展开新闻”。海斗一号(图片来历:我国科学院沈阳自动化研讨所)

  10月10日,我国科学院沈阳自动化研讨所对外发布,在刚刚完毕的我国马里亚纳海沟深渊科学考察中,由该所掌管研制的“海斗一号”全海深自主遥控潜水器)获得世界级效果,在世界上初次完结了对“挑战者深渊”西部洼陷区的大范围全掩盖声学巡航勘探。其成功使用,表明晰我国全海深无人潜水器正式跨入万米科考使用的新阶段,添补了其时世界上全海深无人潜水器万米科考使用的空白。

  “海斗一号”接连万米深潜与科考使用的成功,是我国海洋科技领域的一个重要里程碑,标志着我国无人潜水器技能与配备进入了全海深勘探与作业使用的新阶段,标志着我国在全海深无人潜水器领域正在迈向世界领先水平,正在完结由“并跑”向“领跑”的改变。

  多年来,我国的海洋机器人研讨开发作业,完结了从遥控到自主,从浅水200米到深水万米,从航程几十公里到远海几百公里,从单机到集群,从水中扩展到海底和海面,从概念研讨到产品研制、使用及服务的技能跨过,完结了从盯梢研讨到自主研制,从商场牵引立异向商场牵引立异与立异引领商场并重的改变。展望海洋机器人作为一种配备归于高端制造业,归于国家支撑的战略新兴工业领域,尽管其体量短时刻内不会很大,但具有战略制高点的效果。总的来说,海洋空间不适合人类的生计,大规模开发和使用海洋资源对机器人和机器人技能有很大的等待和依靠。以机器人代替人推进和完结海洋配备无人化具有深远的战略含义。有人海洋渠道,包含民船和军船,都在走数字化、自动化、少人化和无人化这条展开道路,而无人化本质上便是机器人化,这是往后海洋配备展开的潮流,也是含义深远的战略方向。

  曩昔人们面临众多的海洋只能无可奈何,海洋机器人的呈现和展开,将人的眼、手、足延伸进了海洋空间,替身海洋机器人承载着人类的寄予和愿望,将代替人巡游海洋的任何旮旯,去发现、知道和研讨海洋。人类来自海洋,可是人类现已无法回来故土,海洋机器人正在圆人类回乡之梦。

  2.《世界级效果!“海斗一号”无人潜水器跨入万米科考使用新阶段》.科技日报

  原标题:《“探究4500” “海斗一号”捷报频传,一同了解一下我国水下机器人的展开进程吧!》