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一、引言

无人潜水器具有安全、高效、克服恶劣环境能力强等优点,已经广泛应用于海洋工程等诸多领域。在英国石油公司的“深水地平线”漏油事件救灾过程中,水下无人系统再次成为世人关注的焦点。然而,ROV的系统配置将直接影响其作业性能。本文在分析水下机器人的基本结构的基础上,就观察型ROV的主要部件选配、传感设备搭载和整体配置原则等方面展开深入探讨,以期对ROV的设计生产和应用选型有所指导。

二、ROV 系统配置研究


⒈ 水下机器人ROV简介


典型的ROV系统由水面设备部分和水下设备部分组成,两部分通过脐带缆连接。其中,水上部分主要包括甲板控制单元、绞缆车、释放回收设备、电源以及导航与数据采集系统等;水下设备部分则主要由潜水器、成像系统、水下声学定位跟踪系统以及机械臂等部分组成。


⑴潜水器


潜水器本体就是一个具有特定比重材料的浮力框架,并具有较好的抗撞击能力和抗腐蚀能力,是搭载各种传感器的基础平台,通过脐带缆与甲板控制单元连接。潜水器的推力来源于数套由电动马达驱动的推进器,这些推进器可以使ROV 在水中完成各种精确的运动。每一个潜水器还有一个或者多个压力舱(也称电子舱),舱中一般封装有各种控制电路、电源分配电路等,所有的外部指令以及自身的工作都要经过电子舱的处理。


⑵甲板控制单元


包括系统控制计算机、操纵控制器、电源箱以及相关的显示和数据记录设备等,并通过脐带缆与潜水器连接。操纵人员可以实时监视ROV的基本性能、状态参数,并通过甲板单元发送各种控制指令,操纵水下潜器以及搭载的传感器。


⑶成像系统


成像系统是观察型ROV搭载的重要设备之一。水下成像系统一般分为光学和声学两大类。光学成像设备包括黑白导航相机、彩色相机及摄像机等;声学成像系统主要有扫描声纳、避碰声纳、双频识别声纳和聚焦多波束等。


在水体清晰度和光照条件良好的环境下,光学系统是观察水下目标的首选。声学系统只能识别目标的整体轮廓和非同一平面内的细节特征,一般只是作为辅助手段。在光学成像条件极差或根本就不具备条件时,就只能借助声学成像系统进行目标观察。此外,声学系统还可以作为ROV水下航行的避碰手段。


 

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