本作品旨在研制一种利用水声遥控方式控制的水下机器人验证机,该技术涉及到多学科领域。水声遥控系统采用性能优异的水声信道编码技术,使得水声遥控可靠性得到显著提高。通过所建立的动力分配数学模型,控制8个推进器电机的旋转方向和旋转速度。在人工操控条件下控制验证机的姿态和运动,使载体更加适应机器人水下作业。
在海上石油开采、海洋矿藏资源调查、海底地形地貌测量、海上救捞作业、海底管道和电缆的敷设与检查、海上军事作战等领域中,水下机器人是一不可替代的有效工具。ROV和AUV是两种最为基本的水下机器人类型。尽管水下机器人从诞生到现在已经60多年了,彼此平行发展而不能很好的相互借鉴、相互补充。造成这种平行发展的基本原因就在于水下与水面之间的通信技术。ROV是高可靠性的有缆传输,AUV完全自主。如果AUV能够与水面控制中心能够通信的话,无疑会提高AUV的性能。本作品的基本目的就在于寻求一种可靠性高的水声通信方法使AUV与水面控制中心能够建立起数据的通信。至少在AUV在巡航期间或作业期间出现异常,例如AUV对海洋环境的变化不适应而导致的异常,水面控制中心能够及时掌握AUV的当前状态并控制或调整AUV进入正常的工作状态;如果AUV具有这样的通信能力,通过水声遥控可以辅助AUV更好的应对千变万化的海洋环境而有效的完成预定任务。除应用于军事目的AUV需要隐蔽之外,其余AUV配有水声通信不但可以提高其性能,开可以缩短AUV的研制周期、降低AUV研制或工程化应用成本。
为了更好的验证水声遥控技术的可靠性,我们将制作一个小型水下机器人动力平台,通过水声遥控的方式控制它的航行。8轴推进器动力系统与推进器动密封问题都是在动力平台制作过程中所遇到问题而引发的联想。
创新点:
(1)采用具有良好的抗噪声、抗多途性能的调频信号水声信道编码技术,并可以使用简单、可靠的解码系统实现数字信号处理。验证机利用该信道编码技术实现水面与水下的半双工通信。下行信道传输遥控指令,上行信道传输验证机状态信息。
(2)随水下深度增加推进器旋转轴径向密封压力增加的动密封技术,且机械结构简单,降低了成本,提高了密封材料使用寿命。
(3)8轴推进器动力系统在水下作业机器人中的应用而使得验证机姿态可以灵活改变,降低对作业机械手臂的性能要求。结合良好人机交互的控制模式,提高水下机器人作业效率。
第十二届“挑战杯”作品 二等奖
2011年5月在某校“五四杯”大学生科技创新竞赛中获一等奖