深海探险,你需要这样一个遥控机器人

发布时间:2019-05-21

深海水下机器人是当前深海探测与作业的主要手段。1997521日至627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(AUVCR-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

你听说过ROV吗?

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。

ROV分这么多种

——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有什么本领?

说了这么多,ROV到底有什么用呢?可不要小看它,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:包括水下、冰下环境、生物的观测与研究;水下考古观察和文物打捞;近海底岩石、泥样采集和钻探取样;深海测量、海底剖面测绘、海洋水文研究;深海矿藏勘探等。

·      搜救:搜寻、定位和回收打捞失事飞机、舰船的残骸等。

·      安装:包括海底管道及电缆的开沟埋设,水下输油管道的连接、检测,海底安装物的维护和修理。

·      维修:海洋钻探和建造支持,视频观察、监测安装、操作支持到维修。

·      检测:跟踪水下管线以检测漏点,确定管线的安全状态;监测石油平台的腐蚀和堵塞情况,定位破损、查找裂缝和评估海洋生物污染;码头、桩基、桥梁、大坝水下部分检修和破损评估,航道排障与港口作业。

·      环境:在管线、电缆和设备安装之前,对环境进行视频和声学扫查。

·      清除:石油平台、船底、水库坝面和拦污栅的清刷,清理等。

沈阳自动化所的ROV研制历程

沈阳自动化所已经研制ROV几十年啦,这是我们的ROV家族:

年份

名字

备注

图片

1984

海人一号

HR-1

我国首套ROV,我国首套水下机器人

1987

瑞康IV

RECON-IV

我国首套ROV产品并出口

1987

海蟹号

Sea Crab

第一套爬行ROV

1992

海人号

HR-SIA

观察型

1994

海人100

HR-100

观察型

1995

援潜系列

YQ2

打捞作业

2000

海星300m ROV

打捞作业

2003

海极号

Sea Pole

我国首套极地科考ROV

2003

海星埋缆ROV

CISTAR”

我国首套埋缆ROV

2006

海星1000m ROV

我国首套1000米作业型ROV定型产品

2016

海星6000 ROV

我国首套6000米科考ROV

 “海星6000” ROV——突破6000米深度!

 

 

 

“海星6000ROV系统组成   

 

 

“海星6000ROV海试照片 

“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。

高清摄像机分为科学高清和驾驶高清,科学高清摄像机主要用于拍摄深海生物及环境的高清视频,为科学家研究提供高质量视频资料;驾驶高清摄像机主要为操作员提供海底高清视频信息,使操作员驾驶ROV过程中获得更好的视觉体验,同时便于ROV操作员进行海底的精细操作。

2台标清摄像机布置于水下机器人前框架,用于俯拍监视采样托架内及机械手作业情况,4台低光摄像机分别用于观察脐带缆水下状态、采样托架内工具状态、辅助观察机械手及采水瓶工作状态。“海星6000”共配备7台水下灯,其中3台为科学家高清摄像机提供照明支持。

 

“海星6000ROV本体照明摄像单元总体布局

 “海星6000”上装备了一套沈阳自动化所自主研制的70007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。这款机械手也是很厉害的,自研机械手在水下设备移位和生物、沉积物、岩石取样中发挥重大作用,已有2套安装在“深海勇士”HOV上,目前沈阳自动化所研制的全海深液压机械手已完成海试,其工作深度可达11000米。

201796000米深海试验成功后,“海星6000ROV201810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。“海星6000”完成了对着陆器的搜寻、精准移位与协同观测、天然气水合物的原位收集与拉曼光谱仪原位探测、冷泉区水样原位过滤固定及宏生物、沉积物与水样的采集等。

 

 

“海星6000”海底移位着陆器

 

 

“海星6000”利用拉曼光谱仪原位探测

 

在加瓜海脊海域开展的2000米级科考应用潜次中,“海星6000”一天内完成了三个不同底质位点的岩石、水样采集工作,下潜深度分别为1700米、2100米和2200米,获取岩石样品分别为190kg106kg80kg,最大单体岩石重量61kg。连续大强度的科考作业,进一步验证了它的稳定性和可靠性。

 

 

“海星6000”利用自研机械手采集海底岩石

 

 

 2100米海底获取的岩石样品

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!

“海星6000”在6000米海底插国旗 


6000米海底拍摄到的生物

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!

 

 

 

 

 

   

 

 

 

“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。


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