上海海事大学-吴恭兴-海工装备研讨会

2020/6/9，1，2011中国海洋石油和天然气勘探开发和技术设备研讨会，深海操作机器人开发和核心技术上海海事大学海洋环境与工程系吴公兴2011年11月10日，上海海事大学、上海海事大学以航运技术、经济和管理为特征的工程、管理建立上海国际航运中心，为中国乃至世界航运、船舶及海洋工程技术发展提供优质服务。2020/6/9，3，海洋环境工程系，海洋环境工程系，目前香港航线和海岸工程，环境工程，安全工程，船舶和海洋工程等4个本科专业。船舶和海洋工程设计和关键技术研究(船舶设计的一般基础研究、新型船舶类型开发和优化设计、船舶数字设计和软件系统开发、海洋工程平台的关键技术研究、新型智能海洋车辆设计和开发)船舶和海洋工程结构的强度和可靠性分析(包括结构动态响应和疲劳分析、结构强度分析和优化设计、结构可靠性设计和风险评估)。2020/6/9，4，报告的主要内容，第一，引言第二，深海作业机器人的开发现状3，深海作业机器人的核心技术4，未来深海作业机器人的展望5，结论，2020/6/9，5，第一，引言，海洋的石油和尚未开发的储量最大的新能源天然气水合物广泛分布在世界2000米深的海域。多金属结核分布在世界海底水深3500-6000米的海底表面。据石油可燃冰生物资源金属结核，2020/6/9，6，1、西隆、国际能源组织最新统计，海洋油气储量总额的44%埋藏在2000米以上的深水区，在水深超过500米的大陆斜坡上发现了50亿吨以上的油气资源；另外，中国海洋的石油和天然气资源中，70%被埋在深海地区。2020/6/9，7，第一，引言，世界各国对深海石油和天然气、矿产资源的竞争越来越激烈。深海工作机器人是一种特殊的潜水器，可以在深海巨大的压力环境下安全可靠地进行海洋科学调查、取样、观测和海洋工程工作。美国“阿尔文”深潜艇，2020/6/9，8，第一，引言，随着机器人技术的发展，出现了多种类型的水下机器人。分析了世界各国深海工作水下机器人开发现状，介绍了水下机器人开发研究的关键技术。AUV，UUV，ROV，ARV，2020/6/9，9，第二，深海作业机器人的开发现状，无人远程控制水下机器人ROV是目前最完整的技术，是应用最广的水下机器人，实时操作，长时间作业，长时间作业。美国“global explorer”ROV(图)的潜在深度为3000米，总体系统重量约为11吨，主要用于深海观测、取样等科学研究和调查，在紧急情况下可以在几小时内运到现场。2020/6/9，10，第二，深海工作机器人的开发现状，无人遥控水下机器人ROV“KAIKO”ROV(图2)是日本海洋技术研究所开发的，开发世界上最深的潜水潜器，主要用于深海勘探、观测、救援和水下载人潜艇支持等工作还可以进行水下相机和照片、水下观测仪器的布置和回收，并通过操纵器进行抓取、取样等水下作业工作。1995年3月24日，这个罗布潜入玛丽娜海口最深处10911.4米，创造了新的世界深度记录。该潜水器于2003年6月在太平洋海域采集细菌生物后失踪。2020/6/9，11，第二，深海作业机器人的开发现状，无人遥控水下机器人ROV中国的“海龙”号是上海交通大学为中国海洋协会开发的深度为3500米的ROV。主要用于研究海洋的深海生物基因和极端环境中的微生物，探索人类起源的奥秘。在三大洋进行深海资源、生物多样性和环境调查，深入评价调查地区的地质、环境和生物多样性等，是主要的科学测试任务。海龙号在2009年进行的第21次大洋航行中，观察了东太平洋罕见的巨大黑色烟囱，用机械手精确捕捉了多金属硫化物样品，结束了对我国深海热液烟囱的首次准确点采样和观测。2020/6/9，12，2，深海工作机器人的开发现状，无人水下机器人UUVUUV是按照预编程程序航行和工作的水下机器人，活动范围比ROV大，但没有AUV智能，根据工作要求配备不同的工作模块，具有良好的机动性，可以进行简单的计划和避碰。美国“ABE”UUV(图)的最大潜在深度为6000米，调查时间超过50小时，无需支援母舰，可以进行长时间的海底科学研究工作，补充载人潜水器和无人遥控潜水器，构成了科学的深海勘探综合系统。2020/6/9，13，2，深海工作机器人的开发现状，无人水下机器人UUV日本东京大学开发的R2D4水下机器人(图)，主要用于深海和热带海域的矿床勘探，自行收集数据，并可用于探测喷出热水的海底火山、沉船、海底矿产资源和生物等。依靠海底机器人发出的声波反射，分析了海底地形，采集了岩石材料。这种机器人可以自己避开障碍物，拍摄高精度的图像。日本研究人员最近利用这个机器人在印度洋海底发现了世界上最大的熔岩平原。2020/6/9，14，第二，深海作业机器人的开发现状，智能水下机器人AUV智能水下机器人是将人工智能、自动控制、模式识别、信息融合和理解、系统集成等技术应用于现有载体，在复杂的海洋环境中自主执行预定任务的机器人。与远程控制水下机器人相比，AUV具有自主执行任务、操作范围不受电缆约束、功能多样、隐蔽性好的优点。但是，AUV尚未达到成熟阶段，目前只有少数供应商提供商业化的产品。2020/6/9，15，2，深海工作机器人的开发现状，复合水下机器人ARV复合机器人ARV是结合AUV和ROV特征的新概念机器人，可以通过AUV等自主巡航进行广泛的搜索、检测、测量工作，通过表面远程控制进行深海精密观测，工作，典型的ARV，美国“Nereus”。可用于11000m深海的科学调查和取样。进行广泛的海洋勘探时，以自主模式AUV运行，使用声纳和相机设备进行海底探测和测量，首次确定目标后，以ROV模式运行，仔细观察、拍摄和取样观测对象。2020/6/9，16，3和深海工作机器人的核心技术，用于深海环境的声学、光探测技术通常用于水下环境探测的设备音频成像传感器和光成像传感器。声成像传感器是研究高分辨率声纳图像检测和运动目标跟踪技术的关键技术，占据了主要位置。据水声专家预测，激光成像具有微光成像的特点，探测距离又增加了。水下激光成像主要研究激光成像特性及图像分析技术，以提高水下环境探测精度。研究了高分辨率图像声纳与水下激光信息的融合技术，降低了单传感器的检测缺陷。还必须研究用于实时在线地图制作的高分辨率成像声纳水下激光成像的融合技术、并行位置和映射技术，并提高对未知环境的检测能力。2020/6/9，17，第三，深海作业机器人的关键技术，适应复杂环境的运动控制技术复杂的海洋环境对运动控制系统提出了更高的要求。海洋中洋流的数量不仅随着方向变化，而且随着地点的变化而变化。因此，根据水下机器人系统复合执行机构的特点，有必要研究能够自主适应海洋环境的运动控制问题，减少深海航行能耗，提高运行精度；还研究了深海高速航行条件下的运动控制稳定性问题，为载波控制算法的稳定性分析提供了理论依据。2020/6/9，18，第三，深海作业机器人的关键技术，水下精密导航定位技术水下精密导航定位技术是主要瓶颈技术之一。目前，主要使用捷联惯性导航和多普勒速度声纳进行综合导航，以提高系统的可靠性和容错性。为了弥补我国惯性导航设备低精度的缺陷，必须研究地磁匹配、重力场等地球物理导航与惯性相结合导航的理论和方法，以满足深海运输机导航系统的无源性、智能性、自主性、高可靠性等复杂海洋环境和各种作业要求的路径规划和作业计划等精确导航定位要求。2020/6/9，19，3，深海作业机器人的核心技术，深海车辆的能量和动力技术水下车辆的寿命主要由使用的电池决定，电池性能的水平决定。为了完成长距离、大深度的勘探和运营需求，必须在能够承受深海压力、高能量密度能源供应的关键技术研究的同时，进行深海推进器的关键技术研究。2020/6/9，20，3，深海工作机器人的核心技术，适合深海环境的工作工具和协调控制技术水下工作是水下机器人开发的主要目的，需要深入研究工作工具的实用性以及与机器人的协调控制。可在深海环境中使用的操作工具必须小、功耗小、重量轻、高压、耐腐蚀性、通用性和更换方便。因此，解决工作工具机电一体化设计、结构密封设计、灵活工作功能设计、工具库更换设计等问题，需要10000米深海工作的关键技术研究。对于配备大型机器人的机器人，必须解决机器人和机器人之间的流体力学耦合影响及协调控制问题。2020/6/9，21，3，深海作业机器人的核心技术，深海作业机器人的多学科综合优化设计水下作业机器人是技术密集型、系统化的项目，相关的不同专业领域相互牵制，单纯追求个别技术指标，将会被不同的考虑。因此，有必要关注阻力低、推进效率高、实现空间运动能力强的综合优化设计，以及对耐压、水密和负荷的能力。在非常有限的空间内，还需要配置各种性能丰富的传感器和操作工具，以满足环境检测、目标识别、安全、自主导航和完成任务的需要。这些设备的系统集成设计确保了系统的信息流和控制流的正确运行，因此电磁兼容性和可靠性设计在系统的各个部分都具有十分重要的意义。2020/6/9，22，4，未来深海工作机器人的愿景，未来水下机器人的发展有两种趋势：大、大、智能化、多功能、小型化、功能专业化。海洋环境非常复杂，因此水下机器人需要识别、推理、计划和学习等智能机制。也就是说，目标、认识和行为可以智能地结合在一起，在非特定环境中工作。1、快速掌握复杂的水下环境并建模，以工作任务为中心生成综合计划。2.根据不同的任务或情况，可以采取适当的措施和对策，实现从“人绕机器人转”到“机器人绕人转”的转换，那么操作员的工作将越来越容易，效率也会提高；3.实现多水下机器人的联合勘探和工作，以及机器人的