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智能水下机器人关键技术研究 INTRODUCTION 水下无人航行器（Unmanned Underwater Vehicle，简称UUV）：按控制方式不同，可分为遥控水下机器人（Remotely Operated Vehicle，ROV）和智能水下机器人（Autonomous Underwater Vehicle，AUV）两种。 智能水下机器人：一种可长期潜入水下，依靠自带能源、自推进、遥控或自主控制，通过配置任务载荷执行作业任务，能回收和反复使用的水下机器人。智能水下机器人是未来水下机器人技术发展的方向。 CONTENTS 设计制造技术 能源与推进技术 水下通信技术 水下导航技术 水下环境感知技术 自动与智能技术 总体设计技术 总体设计技术：根据预定的水下机器人性能要求，通过分析、研究、计算、绘图等工作，从选总体设计择主尺度、线型、排水量、能源和推进系统等方面，估算各种性能，选定有关材料、设备，直至完成制造、使用、维修所需图样和技术文件的过程。有如下分类。 按装备研制过程：设计技术、制造技术和实验技术等； 按组成和总体性能：布置设计优化技术、航行性能优化技术、结构性能优化与材料应用技术、仿生技术、隐身技术、任务载荷的适装性技术等。 性能要求 航行器技术规范 模型试验 基本设计 详细设计 施工 海试 使用 数学模型 仿真分析 控制模型 系统设计 模型生成 流体试验 技术规范 CAD/CAM 设计 详细技术规范 绘图 总体设计流程图 航行性能优化技术 智能水下机器人的航行性能：包括阻力性能、推进性能、操纵性能和耐波性能。优良的航行性能是水下机器人完成使命任务的重要保证。 水下机器人可担负多种使命任务，不同的使命任务对其技术性能有不同的要求。水下机器人尺寸小，航速低，能源有限，受海洋环境影响大。因此，要求它具有良好的适应海洋环境变化的能力，优良的航行性能是其具备该项能力的重要方面。 阻力 性能 耐波 性能 操纵 性能 推进 性能 载体模块化技术 载体模块化技术：通常由载体结构、控制系统、导航系统、能源系统、推进系统、通信系统和任务载荷等组成。 先进设计制造技术应用在智能水下机器人，主要体现在载体的模块化方面。目前大多数智能水下机器人都是载体外形一体化，内部设备进行模块化设计，在载体设计上主要考虑外形的水动力性能。 为满足水下密封和承压的使用要求，他们通常使用耐压舱结构，耐压舱结构多为球壳结构和圆柱壳结构。 耐压舱结构：布置电池、导航和控制等设备及传感器，多采用铝合金、钛合金、碳纤维等材料制成； 非耐压结构：保证水下机器人具有较好的低阻低躁外形，确保水下机器人的稳定性，多采用玻璃钢、碳纤维等材料制成。 结构材料应用技术 耐压舱结构 非耐压舱结构 铝合金 比强度高；低温性能好；无磁性；耐腐蚀性；良好成形性 钛合金 比重小；比强度高；耐腐蚀；低温性能好；弹性模量低 碳纤维材料 比重小；比强度高；耐腐蚀性能好；可设计性好；无磁性 玻璃钢 碳纤维材料 铝合金 钛合金 碳纤维材料 玻璃钢 结构材料应用技术 国外已经使用的水下无人航行器，其外层壳体结构材料主要采用钛合金、铝合金、碳纤维和玻璃钢，耐压舱结构材料主要采用钛合金、铝合金、碳纤维结构材料，部分如下表所示。 外层壳体结构材料 水下无人航行器型号 耐压仓 结构材料 水下无人航行器型号 钛合金 REMUS 6000、Hugin 1000、URASHIMA 钛合金、铝合金、碳纤维 URASHIMA耐压舱结构采用钛合金材料；Explorer、Theseus、Manta耐压舱结构采用铝合金材料；Autosub、Tailsman耐压舱结构采用碳纤维材料；Hugin耐压舱结构采用钛合金材料或铝合金材料 铝合金 REMUS 100、REMUS 600、BPAUV、Bluefin – 9、Bluefin – 12、LMRS、NMRS、Theseus、Explorer、ARCS、Gavia、MT – 8、OKPO 6000、R1、R2D4 碳纤维 Talisman、Autosub – 2、Iver、Hugin 3000 玻璃钢 URASHIMA、Manta、SeaOtter 钢 MASTT - - 仿生技术 斯坦福机器人实验室研发。它的背面安装了计算单元、电池、推进器，能像真人一样游泳。可以实现水下打捞等工作。 美国人约瑟夫·艾尔斯发明，它可以探测水下矿藏。触须用来探测环境中的障碍物，8条腿可以向任何方向移动，爪子和尾巴可使其保持稳定。 英国埃塞克斯郡大学设计，可持续勘测8小时，能够自动上报勘测位置的变化，并且无线传输勘测数据，西班牙海岸将增添 4 只这样的机器鱼负责巡逻工作，搜寻水中的污染物质。 德国费斯托工程公司设计，通过内置在圆顶结构中的11个红外线发光二极管，可以彼此之间进行沟通联系，该公司使用机器