深海探险,你需要这样一个遥控机器人

作者: 张奇峰

来源: 中国科学院沈阳自动化研究所

发布日期: 2019-05-21 16:30:00

本文介绍了深海水下机器人(ROV)的发展历程、分类、应用范围以及沈阳自动化所研制的ROV家族,特别是“海星6000”ROV的详细介绍,包括其系统组成、照明摄像单元、机械手及科考应用等。

深海水下机器人是当前深海探测与作业的主要手段。1997年5月21日至6月27日,由中国科学院沈阳自动化研究所联合声学所等单位研制的6000米无缆自治水下机器人(AUV)CR-01,圆满完成了太平洋海底的各项调查任务,开启了我国深海水下机器人研发及应用的新篇章。

在传统的几类水下机器人中,与AUV名头相当的还有遥控水下机器人(ROV)和载人潜水器(HOV),其中ROV以其高效、长时、强作业能力等特点而备受关注,在石油平台、海洋工程等领域作业发挥重大作用,今天就为大家介绍一下ROV。遥控水下机器人,英文全称Remotely Operated Vehicle,简称ROV,又称无人遥控水下机器人。

所谓无人遥控,就是指机器人本体自己下潜到深海去工作,操控人员在母船上进行远程遥控。怎么遥控呢?原来ROV有根“脐带”一样的脐带缆与母船相连接,母船上的ROV控制台通过脐带缆向ROV本体传输动力、控制信号等,水下视频、图像以及传感器采集到的数据也是通过脐带缆传回控制台的。根据机器人个头大小和作业能力,ROV可分为观测型和作业型。

观测型ROV主要用于海底资源探测、电缆检查等,通常较小,多用于执行浅水任务。作业型ROV主要用于海底沉物打捞、资源开发、深海科考等,既有观测型ROV的功能,如配备了光源、摄像机、声呐、传感器等设备,又有作业功能,如安装了多功能机械手。根据机器人运动方式,ROV可分为浮游和履带爬行两种,当前用于深海采矿和掩埋电缆的大都采用履带爬行方式。根据作业深度,ROV可分为浅海级、深海级和深渊级。

绝大多数观测型ROV属于浅海级ROV,多数作业型ROV属于深海级ROV,目前世界上只有少数几个国家拥有深渊级ROV。根据ROV配置方式的不同,ROV系统可分为有中继器与无中继器两种模式。带中继器的ROV在小范围精确作业操纵性好,但是中继器与水下机器人本体水下分离和对接时具有一定难度。无中继器ROV系统(典型代表:中科院沈阳自动化研究所研制的海星6000 ROV)。

有中继器ROV系统(典型代表:中科院沈阳自动化研究所研制的海星1000 ROV)。ROV应用范围非常广泛,在深海作业领域有着不可替代的作用,主要包括:科考、搜救、安装、维修、检测、环境、清除。

沈阳自动化所已经研制ROV几十年啦,这是我们的ROV家族:1984年海人一号“HR-1”,我国首套ROV,也是我国首套水下机器人;1987年瑞康IV“RECON-IV”,我国首套ROV产品并出口;1987年海蟹号“Sea Crab”,第一套爬行ROV;1992年海人号“HR-SIA”,观察型;1994年海人100“HR-100”,观察型;1995年援潜系列“YQ2”,打捞作业;2000年海星300m ROV,打捞作业;2003年海极号“Sea Pole”,我国首套极地科考ROV;2003年海星埋缆ROV“CISTAR”,我国首套埋缆ROV;2006年海星1000m ROV,我国首套1000米作业型ROV定型产品;2016年海星6000 ROV,我国首套6000米科考ROV。

“海星6000”ROV是沈阳自动化所最新研制的ROV产品。它是一种无中继模式的ROV。ROV本体通过脐带缆直接与母船相连接,脐带缆起着物理连接、能源供给与信息传输等作用;“海星6000”全系统主要由ROV载体系统、控制系统、动力与辅助系统、水面收放系统深海升降运载平台等组成。

“海星6000”上装备了先进的照明摄像单元,主要用于监视ROV水下作业、拍摄海底生物以及环境的高清视频,并为ROV运动、采样作业等提供照明支持。它配备了2台高清摄像机、2台标清摄像机以及4台低光摄像机。“海星6000”上装备了一套沈阳自动化所自主研制的7000米7功能深海主从伺服液压机械手及多型个性化科考作业工具。

继2017年9月6000米深海试验成功后,“海星6000”ROV于2018年10月重返6000米海域挑战我国ROV最大下潜深度。它与同在海洋先导专项支持下研制的“冷泉”号着陆器和拉曼光谱仪等协同完成了冷泉区科考工作。

在6000米级潜次中,“海星6000”在海底连续工作3小时,完成了6000米近海底大范围航行观察、生物调查、海底特征表层沉积聚成物获取、泥样和水样采集、模拟黑匣子搜索打捞、标识物放置及深海浮力调节功能试验等,最大工作深度6001米,创造我国ROV最大潜深的纪录!

整个航次期间,“海星6000”顺利完成了1000米、2000米、4000米、6000米多个深度等级共计9个潜次的综合科考任务,开展了深海生物、沉积物、水样、岩石等系列化取样、深海模拟打捞及激光拉曼的原位测量、深海生物、地质等观测,全面验证“海星6000”综合科考能力。

在众多水下作业装备中,ROV以其高效、长时、强作业能力等特点而备受关注,在石油平台、海洋工程和深海科考等领域作业发挥重大作用,近年来我国在深海ROV研制开发和应用方面高速发展,国产ROV的推广应用任重而道远,科研人员将不懈努力!

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