系列化水下机器人及关键部件研制

成果编号：21663

价格：面议

完成单位：江苏科技大学

单位类别：其他高校

完成时间：2019年

成熟程度：试生产阶段

服务产业领域：电子信息、装备制造

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发布人：姚震球离线

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系列化水下机器人主要包括：300级水下观察型机器人，300米水下结构检测与作业机器人和1200米级水下作业型机器人组成。水下机器人由机器人本体、操控台、电源柜、脐带缆四大部分构成。控制台与本体之间的采用光纤通信；其中观察型水下机器人采用封闭式流线型设计，其余两款采用开架式设计。自主研发的设备包括：1200米级水下40kg推力磁耦合推进器、不同水深、不同功率水下照明设备和云台摄像机、上位机控制台及控制软件，下位机驱动控制板等。可以为海洋工程装备提供配套产品。系列化水下机器人可以解决一下工程问题： 1. 可替代潜水员开展水下地形地貌观察、水中作业环境监视、船体和螺旋桨检查等各类水下观察任务； 2. 高清云台摄像机可以对水下物体进行全方位细致的观察，能够实时拍摄需要关注物体照片，并实时传输和录制水下观察视频。 3. 水下机械手具备夹持、剪切和旋转的功能，实现螺旋桨解缠绕、水下取样等功能； 4. 搭载检测仪器对船底代替专业作业人员进入危险环境和深水区域环境作业，对港口码头、海洋工程水下结构、水库大坝、船底进行检测作业； 5. 执行传统的水下任务，如海洋环境探测、水下结构检测、海洋生命研究与采样等。

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成果介绍

科技计划：

成果形式：新技术、新工艺、新装备

合作方式：技术转让、技术开发、技术咨询、技术服务、技术入股、人才培养、共建载体

参与活动：驻苏高校院所苏北五市产学研合作对接活动第七届中国江苏产学研合作大会 2020年高校院所走进镇江高新区暨船舶海工产业产学研合作对接活动 2020年高校院所服务苏北五市产学研合作对接活动

专利情况：正在申请 ,其中:发明专利 13 项
已授权专利,其中:发明专利 5 项

成果简介

综合介绍

创新要点

1）结合流体动力学设计出水动力性能优良的机器人本体；开发出具有自适应抗外界紊流的机器人本体结构形式和控制系统； 2）根据水下机器人下潜深度及可能的运行环境，研究一套切实可行的水密方法，保证水下机器人安全、可靠的运行。 3）水下机器人软硬件采用模块化设计，降低硬件成本和维修难度，同时提高硬件通用性，优化人机交互系统，便于系统不断改进与优化。 4）采用基于MEMS的导航设备，改善现有的导航算法，减小安装误差，降低轴间干扰，抑制姿态角漂移。综合采用互补滤波、四元数、无味卡尔曼算法等算法设计导航解算器，提高导航精度。同时研究梯度下降法在四元数更新中的补偿作用和互补集合经验模态分解（CEEMD）在陀螺仪中的去噪作用。 5）针对机器人近水面运动受到水环境干扰而产生的不确定性问题，进行6DOF动力定位分析。根据定位误差设计控制力分配策略，利用非奇异终端滑模控制（NTSM）予以补偿，以减小由波浪等随机带来的影响，并采用无味卡尔曼实时估计水下机器人的状态。 6）针对机器人运行环境复杂、运动高度非线性、参数时变的特点，在固有的控制算法的基础上，设计结合PID控制的约束输入与输出的智能预测控制新方法。

技术指标

，600m 水下结构检测与作业型机器人主要采用开架式设计，具有一对可调攻角水翼，提高抗流稳定性；艏侧推，提高回转性能，此款 ROV 具有高精度控制能力，配有 5 台推进器，能够在五个自由度内自由航行，能够实现浮游、爬行和翻转等，这也是国内同类水下机器人所达不到的。水下结构检测与作业机器人基础参数表项目参数结构形式开架式本体尺寸(mm) 750×500×370 工作水深(m) <300 设计航速(kn) 3 空气中净重(kg) 52 照明灯（个） 2 推进器（个） 5 云台摄像机（个） 1 机械手（个） 1 脐带缆（m） 400 控制方式手动/自动控制

其他说明

本项目所研制的面向海洋工程水下结构检测和作业机器人可以作为平台搭载检测仪器和清污装置，代替专业人员进入危险环境和深水域环境工作，可以对港口码头、海洋工程水下结构、水库大坝、船底进行检测和作业。观察型机器人可解决水下结构物的观察和检查，图像存储、传递及水下巡逻、报警等功能。作业型机器人针对海底采油树工作要求，可与专用工具相配合，完成水下采油巡检和管道阀门开启和关闭作业。形成300水深级别的针对海底油田的中型作业机器人、船用型轻型作业机器人和小型观察型机器人系列，也具有通用性。具有很好的产业化前景。

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