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1000mROV

我国首套1000米作业型ROV定型产品

2016

海星6000ROV

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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