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1、ROV（ Remote Operated Vehicles）及其海水液压执行机构系统摘 要：无人有缆水下机器人ROV，是一种工作于水下的极限作业机器人，是海洋开发和水下作业的重要工具。本文简要回顾了无人有缆遥控水下机器人ROV的发展历史，概述了各国在ROV领域的研究成果，以及ROV在各个行业的应用和发展趋势。关键词：无人有缆，机器人，ROV一、引言 21世纪是人类向海洋进军的世纪。深海作为人类尚未开发的宝地和高技术领域之一，已经成为各国的重要战略目标，也是近几年国际上竞争的焦点之一。水下机器人作为一种高技术手段在海洋开发和利用领域的重要性不亚于宇宙火箭在探索宇宙空间中的作用。本文将对无人有缆遥
2、控水下机器人ROV研究开发现状和发展趋势作一综述。二、简介无人遥控潜水器（Remote Operated Vehicles,ROV），也称水下机器人。一种工作于水下的极限作业机器人，能潜入水中代替人完成某些操作,又称潜水器。水下环境恶劣危险,人的潜水深度有限，所以水下机器人已成为开发海洋的重要工具。它的工作方式是由水面母船上的工作人员，通过连接潜水器的脐带提供动力，操纵或控制潜水器，通过水下电视、声呐等专用设备进行观察，还能通过机械手，进行水下作业。无人遥控潜水器主要有，有缆遥控潜水器和无缆遥控潜水器两种，其中有缆遥控潜水器又分为水中自航式、拖航式和能在海底结构物上爬行式三种。无人遥控潜水器的
3、发展非常迅速，从1953年第一艘无人遥控潜水器问世，到1974年的20年里，全世界共研制了20艘。特别是l974年以后，由于海洋油气业的迅速发展，无人遥控潜水器也得到飞速发展。到1981年，无人遥控潜水器发展到了400余艘，其中90以上是直接，或间接为海洋石油开采业服务的。1988年，无人遥控潜水器又得到长足发展，猛增到958艘，比1981年增加了110。这个时期增加的潜水器多数为有缆遥控潜水器，大约为800艘上下，其中420余艘是直接为海上池气开采用的。无人无缆潜水器的发展相对慢一些，只研制出26艘，其中工业用的仪8艘，其他的均用于军事和科学研究。另外，载人和无人混合理潜水器在这个时期也得到
4、发展，已经研制出32艘，其中28艘用于工业服务。三、历史发展1934年,美国研制出下潜934米的载人潜水器。1953年又研制出无人有缆遥控潜水器。其后的发展大致经历了三个阶段。1、第一阶段从1953年至1974年为第一阶段，主要进行潜水器的研制和早期的开发工作。先后研制出20多艘潜水器。其中美国的CURV系统在西班牙海成功地回收一枚氢弹，引起世界各国的重视。2、第二阶段1975至1985年是遥控潜水器大发展时期。海洋石油和天然气开发的需要，推动了潜水器理论和应用的研究，潜水器的数量和种类都有显著地增长。载人潜水器和无人遥控潜水器（包括有缆遥控潜水器、水底爬行潜水器、拖航潜水器、无缆潜水器）在海
5、洋调查、海洋石油开发、救捞等方面发挥了较大的作用。3、第三阶段1985年，潜水器又进入一个新的发展时期。80年代以来,中国也开展了水下机器人的研究和开发,研制出“海人”1号(HR-1)水下机器人,成功地进行水下实验。四、各国研究概况无人有缆潜水器的研制开始于70年代，80年代进入了较快的发展时期。1、日本1987年，日本海洋科技中心研究成功深海无人遥控潜水器“海豚3K”号，可下潜3300米。研制“海豚3K”号的目的，是为了在载人潜水之前对预定潜水点进行调查而设计的，供专门从事深海研究的，同时，也可利用“海豚3K”号进行海底救护。“海豚3K”号属于有缆式潜水器，在设计上有前后、上下、左右三个方向
6、各配置两套动力装置，基本能满足深海采集样品的需要。1988年，该技术中心配合“深海6500”号载人潜水器进行深海调查作业的需要，建造了万米级无人遥控潜水器“海沟号”。“海沟号”潜水器由工作母船进行控制操作，可以较长时间进行深海调查。日本对于无人有缆潜水器的研制比较重视，不仅有近期的研究项目，而且还有较大型的长远计划。目前，日本正在实施一项包括开发先进无人遥控潜水器的大型规划。这种无人有缆潜水器系统在遥控作业、声学影像、水下遥测全向推力器、海水传动系统、陶瓷应用技术水下航行定位和控制等方面都要有新的开拓与突破。这项工作的直接目标是有效地服务于200米以内水深的油气开采业，完全取代目前由潜水人员去
7、完成的危险水下作业。 2、欧洲在无人有缆潜水技术方面，根据欧洲尤里卡计划，英国、意大利将联合研制无人遥控潜水器。这种潜水器性能优良，能在6000米水深持续工作250小时，比现在正在使用的只能在水下4000米深度连续工作只有l2小时的潜水器性能优良得多。按照尤里卡EU191计划，还将建造两艘无人遥控潜水器：一艘为有缆式潜水器，主要用于水下检查维修；另一艘为无人无缆潜水器，主要用于水下测量。这项潜水工程计划将由英国、意大利、丹麦等国家的l7个机构参加完成。英国科学家研制的“小贾森”有缆潜水器有其独特的技术特点，它是采用计算机控制，并通过光纤沟通潜水器与母船之间的联系。母船上装有4台专用计算机，分别
8、用于处理海底照相机获得的资料、处理监控海洋环境变化的资料、处理海面环境变化的资料和处理由潜水器传输回来的其他有关技术资料等。母船将所有获得的资料经过整理，通过微波发送到加利福尼亚太平洋格罗夫研究所的实验室，并贮存在资料库里。3、美国 美国是世界上最早开始研究水下机器人的国家，早在五十年代就开始着手研究。虽然现在其拥有量逐渐被日本和欧洲各国超越，但由于它在水下机器人的研究方面由来已久并且一直十分重视，因此在水下机器人技术的应用和研发一直处于世界领先水平。世界上第一个真正意义上的ROVCURV就是1960年在美国研制成功的。它在西班牙外海找到了一颗失落在海底的氢弹，在全世界引起了极大的轰动。目前，
9、美国已经开发了多种型号的ROV系统，用于不同的使命任务和不同的工作深度。例如，美国的MAX Rover是世界上最先进的全电力驱动工作级ROV，潜深达3000米。美国加州制造的Scorpic ROV,安装有水下TV、声纳、5自由度机械手、四只均衡控制的高速液压推进器，每只提供113kg推力、自动导航和定位设备，可下潜工作到914米。4、中国我国对于水下机器人的研究与开发起步较晚，从七十年代末才开始研究，相比于欧美国家和日本，我国一直处于落后水平。从七十年代末起，中国科学院沈阳自动化研究所和上海交通大学开始从事ROV的研究与开发工作，合作研制了我国第一个ROV“海人一号”ROV，“海人一号”是我国
10、独立自主研发的第一台大型水下机器人，在我国这是一项开拓性工作，它的成功开辟了我国水下机器人研究的新领域。近二十年来，我国的水下机器人研究有了飞速发展，能够制造大中小型各种ROVs,在ROV的研制与开发方面也基本能够满足国内需求，在国际上也占有一席之地。目前我国比较先进的无人有缆水下机器人是“海龙号”深海机器人，这个目前我国下潜深度最大、功能最强的无人遥控潜水器（ROV），由上海交通大学水下工程研究所朱继懋教授领导的科研团队历经9年研究完成，具有我国自主知识产权。ROV由脐带缆连接，由于海洋气候变幻莫测，风浪常常会使脐带缆断裂，花费巨资的ROV就会沉没海底，“海龙号”则破解了脐带缆断裂难题。在不
11、久前“大洋一号”21航次第三航段的深海热液科考任务中，“海龙号”在东太平洋海隆区域2770米下方首次观察到了罕见的巨大“黑烟囱”，并且用机械手获取了热液“黑烟囱”样品，还从“黑烟囱”附近搜集了微生物样本。这标志着我国成为国际上少数能使用水下机器人开展洋中脊热液调查和取样研究的国家之一。五、应用方面无人有缆水下机器人ROV的优点在于动力充足，可以支撑复杂的探测设备和较大的机械作业用电，信息和数据的传递和交换快捷方便、数据量大，其总体决策水平较高，因此应用广泛。目前，小型遥控水下机器人已广泛用于：1、管道容器检查市政饮用水系统中水罐、水管、水库检查； 排污/排涝管道、下水道检查； 洋输油管道检查；
12、 跨江、跨河管道检查；2、船舶河道海洋石油船体检修；水下锚、推进器、船底探查； 码头及码头桩基、桥梁、大坝水下部分检查； 航道排障、港口作业； 钻井平台水下结构检修、海洋石油工程；3、科学研究教学水环境、水下生物的观测、研究和教学； 海洋考察； 冰下观察；4、水下娱乐水下电视拍摄、水下摄影； 潜水、划船、游艇； 看护潜水员,潜水前合适地点的选择；5、能源核电站反应器检查、管道检查、异物探测和取出； 水电站船闸检修； 水电大坝、水库堤坝检修(排沙洞口、拦污栅、泄水道检修)；6、安全检查大坝、桥墩上是否安装爆炸物以及结构好坏情况； 遥控侦察、危险品靠近检查； 水下基阵协助安装/拆卸； 船侧、船底走
13、私物品检测(公安、海关)； 水下目标观察，废墟、坍塌矿井搜救等； 搜寻水下证据(公安、海关)； 海上救助打捞、近海搜索；7、考古水下考古、水下沉船考察；8、渔业深水网箱渔业养殖，人工渔礁调查 六、发展趋势无人有缆潜水器的发展趋势有以下见点：一是水深普遍在6000米；二是操纵控制系统多采用大容量计算机，实施处理资料和进行数字控制；三是潜水器上的机械手采用多功能，力反馈监控系统：四是增加推进器的数量与功率，以提高其顶流作业的能力和操纵性能。此外，还特别注意潜水器的小型化和提高其观察能力。 水下机器人的海水液压执行机构系统摘要：潜水机器人的海水液压执行机构系统已经发展起来。这个系统包括一个高压轴向柱
14、塞泵，流量控制伺服阀和用来使约束流量运动的执行机构，而且这个系统可以非常有效的使潜水机器人小型化。为了确认这个系统的全部特性，建立了一个为水下工作的远程操作器。操作器控制系统是依据主人阀思想，还带有些电子控制技术使操作简单。通过水下操作实验海水液压系统的所有特性和机器人模型的工作表现都被证实足够用于实际。、简介 液压系统作为潜水机器人的能量系统是非常流行的。如果这个系统应用海水作为液体，那么将对潜水机器人更有益。因为这个系统也就是海水液压执行机构系统可以消除液压油的额外重量。没有笨重的液压灌，管道系统和机械运动的润滑油膛提升了潜水机器人的移动性。海水低粘度高压缩的特性为水下执行机构提供了较高的
15、效率和良好的控制性能。另外海水十分干净和安全，因为不可能发生油污染和意外火灾。但是海水液压执行机构系统有几个问题。海水具有腐蚀性和磨损性，而且海水较低的粘度（大约是油的1/30）使组件内部巨大的泄露。 尽管有这些问题，目前一些海水液压系统已经被报道，就像1中提到的。但是这些系统的额定压力和效率不是很高，也就是说液压能量系统高能量密度的特点没有被最好的利用。 这篇文章介绍了一个用来解决这些问题的高压力高效率的海水液压执行机构系统已经得以实行，这个系统由一个轴向的柱塞泵、流量控制伺服阀和执行机构构成。而且还使用这些海水液压构件构建了一个带有远程压力技术的远程操作系统。.海水液压执行机构系统A 液压泵图1展示了海水液压泵的结构。主要的结构是参考常见的油压轴向柱塞泵。内部零件被用于其它组件最恶劣的环境中。为了避免缠绕和磨损保证较低的内部泄露，轴承和摩擦零件(活塞、阀门挡板、推力板等)由CFRP、陶瓷或者镀铬不锈钢做成。而且，海水静态压力润滑装置也用于这些零件中。使用海水润滑装置后，一切油润滑罐都不需要。获得的输出能量的质量比是0.65kw/kg，这几乎是以前使用的油压泵的四倍。最大压力为210(300psi),额定流量是35L/min，可获得的最大效率为92%。
