关键词：水下机器人、智能水下机器人、智能体系、运动控制、通讯导航、探测识别、高效能源
随着人类海洋开发的步伐不断加快，水下机器人技术作为人类探索海洋最重要的手段得到了空前的重视和发展。作者对水下机器人进行了定义与分类。介绍了近年来国内外水下机器人的发展现状与发展趋势，重点针对智能水下机器人的主要关键技术及未来发展方向进行了分析。地球的表面积为5．1亿km2，而海洋的面积为3．6亿km2。占地球表面积71％的海洋是人类赖以生存和发展的四大战略空间——陆、海、空、天中继陆地之后的第二大空间，是能源、生物资源和金属资源的战略性开发基地，不但是目前最现实的，而且是最具发展潜力的空间。作为蓝色国土的海洋密切关系到人类的生存和发展，进入21世纪后，人类更加强烈的感受到陆地资源日趋紧张的压力，这是人类面临的最现实的问题。海洋即将成为人类可持续发展的重要基地，是人类未来的希望。水下机器人从20世纪后半叶诞生起，就伴随着人类认识海洋、开发海洋和保护海洋的进程不断发展。专为在普通潜水技术较难到达的区域和深度执行各种任务而生的水下机器人，将使海洋开发进人一个全新的时代，在人类争相向海洋进军的21世纪，水下机器人技术作为人类探索海洋最重要的手段必将得到空前的重视和发展[1]。
1海洋对人类的重要性
海洋作为蓝色国土，首先是一个沿海国家的“门户”，是其与远方联系的便捷途径，并且“门户”的安全是国家安全的重要组成部分，早在2 500多年前古希腊海洋学家锹未斯托克就提出过“谁控制了海洋，谁就控制了一切”。很久以来人们就依赖于海洋航道进行大量的物品贸易，现在整个世界大部分的货物运输都依赖于海上运输，海洋运输是整个经济正常运转必要的一环。更重要的是，现在很多国家的石油、矿石等最基本的生产资料大部分都依赖于海洋运输，海洋运输的安全和对海洋的控制力成为一个国家生存的基本保障。
近年来再次掀起海洋热的浪潮是因为陆上的资源有限，很多资源已经开发殆尽，而海洋中蕴藏着丰富的能源、矿产资源、生物资源和金属资源等，人们急需开发这些资源以接替所剩不多的陆上资源来维持发展。更为重要的是，地球上半数以上面积的海洋是国际海域，这些区域内全部的资源属于全体人类，不属于任何国家。但目前的现状是只有少数国家有能力对这些资源进行初步开采，这些国家在其已探明的区域拥有优先开采权，相对于那些没有能力开采的国家这几乎就等于独享这部分资源。因此海洋已经成为国际战略竞争的焦点，争夺国际海洋资源是一项造福子孙后代的伟大事业。所以水下技术成为目前重点研究的高新技术之一，智能水下机器人作为高效率的水下工作平台在海洋开发与利用中起到至关重要的作用。
2水下机器人的定义与分类
2．1水下机器人的定义与概述
水下机器人也称作无入水下潜水器(unmanned un．derwater vehicles，UUV)，它并不是一个人们通常想象的具有类人形状的机器，而是一种可以在水下代替人完成某种任务的装置。在外形上更像一艘微小型潜艇，水下机器人的自身形态是依据水下工作要求来设计的。生活在陆地上的人类经过自然进化，诸多的自身形态特点是为了满足陆地运动、感知和作业要求，所以大多数陆地机器人在外观上都有类人化趋势，这是符合仿生学原理的。水下环境是属于鱼类的“天下”，人类身体的形态特点与鱼类相比则完全处于劣势，所以水下运载体的仿生大多体现在对鱼类的仿生上。目前水下机器人大部分是框架式和类似于潜艇的回转细长体，随着仿生技术的不断发展，仿鱼类形态甚至是运动方式的水下机器人将会不断发展。水下机器人工作在充满未知和挑战的海洋环境中，风、浪、流、深水压力等各种复杂的海洋环境对水下机器人的运动和控制干扰严重，使得水下机器人的通信和导航定位十分困难，这是与陆地机器人最大的不同，也是目前阻碍水下机器人发展的主要因素[2|。
2．2水下机器人的分类
水下潜水器根据是否载人分为载人潜水器和无人潜水器两类。载人潜水器由人工输入信号操控各种机动与动作，由潜水员和科学家通过观察窗直接观察外部环境，其优点是由人工亲自做出各种核心决策，便于处理各种复杂问题，但是人生命安全的危险性增大。由于载人需要足够
的耐压空间、可靠的生命安全保障和生命维持系统，这将为潜水器带来体积庞大、系统复杂、造价高昂、工作环境受限等不利因素。无人水下潜水器就是人们常说的水下机器人，由于没有载人的限制，它更适合长时间、大范围和大深度的水下作业。无人潜水器按照与水面支持系统间联系方式的不同可以分为下面两类。(1)有缆水下机器人，或者称作遥控水下机器人(remotely operated vehicle，简称ROV)，ROV需要由电缆从母船接受动力，并且ROV不是完全自主的，它需要人为的干预，人们通过电缆对ROV进行遥控操作，电缆对RoV像“脐带”对于胎儿一样至关重要，但是由于细长的电缆悬在海中成为RoV最脆弱的部分，大大限制了机器人的活动范围和工作效率。(2)无缆水下机器人，常称作自治水下机器人或智能水下机器人(autonomous underwater vehicle，简称AUV)，AUV自身拥有动力能源和智能控制系统，它能够依靠自身的智能控制系统进行决策与控制，完成人们赋予的工作使命。AUV是新一代的水下机器人，由于其在经济和军事应用上的远大前景，许多国家已经把智能水下机器人的研发提上日程。有缆水下机器人都是遥控式的，根据运动方式不同可分为拖曳式、(海底)移动式和浮游(自航)式三种。无缆水下机器人都是自治式的，它能够依靠本身的自主决策和控制能力高效率地完成预定任务，拥有广阔的应用前景，在一定程度上代表了目前水下机器人的发展趋势。
2．3自治水下机器人
自治水下机器人，又称智能水下机器人，是将人工智能、探测识别、信息融合、智能控制、系统集成等多方面的技术集中应用于同一水下载体上，在没有人工实时控制的情况下，自主决策、控制完成复杂海洋环境中的预定任务使命的机器人。俄罗斯科学家B．C．亚斯特列鲍夫等人所着的《水下机器人》中指出第3代智能水下机器人是一种具有高度人工智能的系统，其特点是具有高度的学习能力和自主能力，能够学习并自主适应外界环境变化。执行任务过程中不需要人工干预，设定任务使命给机器人后，由其自主决定行为方式和路径规划，军事领域中各种战术甚至战略任务都依靠其自主决策来完成。智能水下机器人能够高效率地执行各种战略战术任务，拥有广泛的应用空间，代表了水下机器人技术的发展方向L3|。
3国内外AUV的发展现状与趋势
3．1国内外AUV的发展现状
智能水下机器人(AuV)是无人水下机器人(UUV)的一种。无人水下航行器技术无论在军事上、还是民用方面都已不是新事物，其研制始于20世纪50年代，早期民用方面主要用于水文调查、海上石油与天然气的开发等，军用方面主要用于打捞试验丢失的海底武器(如鱼雷)，后来在水雷战中作为灭雷具得到了较大的发展。20世纪80年代末，随着计算机技术、人工智能技术、微电子技术、小型导航设备、指挥与控制硬件、逻辑与软件技术的突飞猛进，自主式水下航行器得到了大力发展。由于
AUV摆脱了系缆的牵绊，在水下作战和作业方面更加灵活，该技术日益受到发达国家军事海洋技术部门的重视。
在过去的十几年中，水下技术较发达的国家像美国、日本、俄罗斯、英国、法国、德国、加拿大、瑞典、意大利、挪威、冰岛、葡萄牙、丹麦、韩国、澳大利亚等建造了数百个智能水下机器人，虽然大部分为试验用，但随着技术的进步和需求的不断增强，用于海洋开发和军事作战的智能水下机器人不断问世。由于智能水下机器人具有在军事领域大大提升作战效率的优越性，各国都十分重视军事用途智能水下机器人的研发，着名的研究机构有：美国麻省理工学院MIT Sea Grant’S AUV实验室、美国海军研究生院(Naval Postgraduate Sch001)智能水下运载器研究中心、美国伍慈侯海洋学院(Woods Hole oceanographic Institute)、美国佛罗里达大西洋大学高级海洋系统实验室(Advanced Marine Systems La—boratory)、美国缅因州大学海洋系统工程实验室(Marine Systems Underwater Systems Institute)、美国夏威夷大学自动化系统实验室(Autonomous Systems Laboratory)、日本东京大学机器人应用实验室(Underwater Robotics Application
Laboratory(URA))、英国海事技术中心(Marine Technology Center)等。美国海军研究生院AUV ARIES(图1。见封二)，主要用于研究智能控制、规划与导航、目标探测与识别等技术。图2(见封二)是美国麻省理工学院的水下机器人Odyssey II，它长2．15 m，直径为0．59 m，用于两
个特殊的科学使命：①在海冰下标图，以理解北冰洋下的海冰机制；②检测中部大洋山脊处的火山喷发。美国的ABE(图3，见封二)最大潜深6 000 m，最大速度2节(编者注：1节=1海里／时=1．852 km／h)，巡航速度1节，考察距离≥30 km，考察时间≥50 h，能够在没有支持母船的情况下，较长时间地执行海底科学考察任务，它是对载人潜水器和无人遥控潜水器的补充，以构成科学的深海考察综合体系，为载人潜水器提供考察目的地的详细信息。日本研制的R2D4水下机器人(图4，见封二)长4．4 m，宽1．08 m，高0．81m，重1 506 kg，最大潜深4 000 m，主要用于深海及热带海区矿藏的探察。能自主地收集数据，可用于探测喷涌热水的海底火山、沉船、海底矿产资源和生物等。REMuS(remote environmental monitoring units，远距离环境监测装置)是美Hydroid 公司的系列水下机器人(图5，见封二)。RE．MUS6000工作深度为25～6 000 m，是一个高度模块化的系统，代表了自主式水下探测器的最高水平。中国智能水下机器人技术的研究开始于20世纪80年代中期，主要研究机构包括中国科学院沈阳自动化研究所和哈尔滨工程大学等。中国科学院沈阳自动化研究所蒋新松院士领导设计了“海人一号”遥控式水下机器人试验样机。之后“863”计划的自动化领域开展了潜深1 000 m 的“探索者号”智能水下机器人的论证与研究工作，做出了非常有意义的探索性研究。哈尔滨工程大学的智水系列智能水下机器人已经突破智能决策与控制等多个技术难关，各项技术标准都在向工程可应用级别靠
拢。图6(见封二)的哈尔滨工程大学“智水一4”智能水下机器人在真实海洋环境下实现了自主识别水下目标和绘制目标图、自主规划安全航行路线和模拟自主清除目标等多项功能。图7(见封二)是哈尔滨工程大学的综合探测智能水下机器人。目前通过各科研机构和大专院校的同期研制工作，智能水下机器人已经服役并正在形成系列，特别是中国科学院沈阳自动化研究所与俄罗斯合作的6 000 m潜深的CR一01(图8，见封二)和CR一02系列预编程控制的水下机器人，已经完成了太平洋深海的考察工作，达到了实用水平。
由于在工业设计、制造工艺、综合控制、目标探测、导航地位和通讯等领域中国同水下技术发达的国家相比还有一定差距，致使我们的水下机器人在实际应用中还有较大限制。相关领域从国外购买或租赁的水下机器人不但价格高，配套服务难，而且很多产品并不是专门开发的，并不适合中国海域的使用。所以随着海洋开发和军事用途需求的不断增长，开发更具有实用价值的智能水下机器人势在必行。
3．2智能水下机器人的发展趋势
3．2．1整体设计的标准化和模块化
为了提升智能水下机器人的性能、使用的方便性和通用性，降低研制风险，节约研制费用，缩短研制周期，保障批量生产，智能水下机器人整体设计的标准化与模块化是未来的发展方向。在智能水下机器人研发过程中依据有关机械、电气、软件的标准接口与数据格式的要求，分
模块进行总体布局和结构优化的设计和建造。智能水下机器人采用标准化和模块化设计，使其各个系统都有章可依、有法可循，每个系统都能够结合各协作系统的特性进行专门设计，不但可以加强各个系统的融合程度，提升机器人的整体性能，而且通过模块化的组合还能轻松实现任务的扩展和可重构。
3．2．2高度智能化
由于智能水下机器人工作环境的复杂性和未知性，需要不断改进和完善现有的智能体系结构，提升对未来的预测能力，加强系统的自主学习能力，使智能系统更具有前瞻性。目前针对如何提升水下机器人的智能水平，已经对智能体系结构、环境感知与任务规划等领域展开一系列的研究。新一代的智能水下机器人将采用多种探测与识别方式相结合的模式来提升环境感知和目标识别能力，以更加智能的信息处理方式进行运动控制与规划决策。它的智能系统拥有更高的学习能力，能够与外界环境产生交互作用，最大限度的适应外界环境，帮助其高效完成越来越倚重于它的各种任务，届时智能水下机器人将成为名副其实的海洋智能机器人。
3．2．3高效率、高精度的导航定位
虽然传统导航方式随着仪器精度和算法优化，精度能够提高，但由于其基本原理决定的误差积累仍然无法消除，所以在任务过程中需要适时修正以保证精度。全球定位系统虽然能够提供精确的坐标数据，但会
暴露目标，并容易遭到数据封锁，不十分适合智能水下机器人的使用。所以需要开发适于水下应用的非传统导航方式，例如：地形轮廓跟随导航、海底地形匹配导航、重力磁力匹配导航和其他地球物理学导航技术。其中海底地形匹配导航在拥有完善的并能及时更新的电子海图的情况下，是非常理想的高效率、高精度水下导航方式，美国海军已经在其潜艇和潜器的导航中积极应用。未来水下导航将结合传统方式和非传统方式，发展可靠性高、集成度高并具有综合补偿和校正功能的综合智能导航系统。
3．2．4高效率与高密度能源
为了满足日益增长的民用与军方的任务需求，智能水下机器人对续航力的要求也来越高，在优化机器人各系统能耗的前提下，仍需要提升机器人所携带的能源总量。目前所使用的电池无论体积和重量都占智能水下机器人体积和重量的很大部分，能量密度较低，严重限制了各方面性能的提升。所以，急需开发高效率、高密度能源，在整个动力能源系统保持合理的体积和质量的情况下，使水下机器人能够达到设计速度和满足多自由度机动的任务要求。
3．2．5多个体协作
随着智能水下机器人应用的增多，除了单一智能水下机器人执行任务外，会需要多个智能水下机器人协同作业，共同完成更加复杂的任务。智能水下机器人通过大范围的水下通讯网络，完成数据融合和群体行为
控制，实现多机器人磋商、协同决策和管理，进行群体协同作业。多机器人协作技术在军事上和海洋科学研究方面潜在的用途很大，美国在其《无人水下机器人总体规划》(UUV Master Plan)中规划由多艘智能水下机器人协同作战，执行对潜艇的侦查、追踪与猎杀，美国已经着手研究多个智能水下机器人协同控制技术，其多个相关研究院所联合提出多水下机器人协作海洋数据采集网络的概念，并进行了大量研究，为实现多机器人协同作业打基础。
4 AUV涉及到的重点技术及未来需要突破的难点
虽然近些年，水下机器人技术得到空前发展，但仍有大量的关键技术与难点需要突破。以目前的技术现状来看，智能水下机器人离满足海洋开发和军事装备需求还有一定的距离，这其中的关键技术有：
4．1智能水下机器人总体布局和载体结构
没有一种全功能的机器人能完成所有的任务，所以需要依据水下机器人任务和工作需求，结合使用条件进行总体布局设计，对水下机器人总体结构、流体性能、动力系统、控制与通讯方式进行优化，提高有限空间的利用效率。水下机器人工作在复杂的海洋环境中，其总体结构在满足压力、水密、负载和速度需求的前提下要实现低阻力、高效率的空间运动。另外在有限的空间中，需要多种传感器的配合，进行目标识别、环境探测和自主航行等任务。整个大系统整合了多种分系统，需要完
善的系统集成设计和电磁兼容设计，才能确保控制与通讯信息流的通畅。
4．1．1智能水下机器人设计的标准化和模块化
为了提高智能水下机器人的性能和质量、使用的方便性和通用性，降低研制风险，节约研制费用，缩短研制周期，提高与现有邻近系统的协作能力、以及保障批量生产能力，智能水下机器人的标准化是智能水下机器人的研制与生产的迫切需求。因为模块化是标准化的高级形式，标准化的目的是要实现生产的模块化和各功能部件的模块化组装以实
现使用中的功能扩展和任务可重构。在智能水下机器人标准化的进程中需要提出有关机械、电气、软件标准接口和数据格式的概念，在设计和建造过程中分模块进行总体布局和结构优化设计。
4．1．2小型化、轻型化和仿生技术的应用
鉴于智能水下机器人需要能在较大范围的海域航行，从流体动力学的角度宜采用类似于鱼雷的细长的回转体，并尽可能采用轻型复合材料为机器人提供较大的正浮力，以提高机器人的续航力和负载能力。这些材料需要有质量轻、强度高、耐腐蚀性好、抗生物附着能力强等特点，并要有一定的抑制噪声的能力以降低背景噪声。采用小型化技术的水下机器人具有个体小、机动灵活、隐身性好、布施方便等特点，非常适合进行智能化水下作业。
各个行业都十分注重从大自然的智慧中汲取灵感寻找突破，仿生学在诸多领域已经有长足的发展。由于鱼类摆尾式机动不但效率高、操纵灵活，而且尾迹小、几乎不产生噪声，是水下推进和操控的最佳方式。目前国内外的学者正进行积极的研究，试图将摆动式推进应用到之后的智能水下机器人中。该研究仍处于理论研究阶段，要实现实际意义上的多自由度闭环控制的推进，满足各种工作需求，把潜在优势转变成可利用技术还有很多工作要做。
4．2智能体系结构
智能水下机器人最大的特点就是能够独立自主地进行作业，所以如何提高水下机器人的自主能力(即智能水平)，以便在复杂的海洋环境中完成不同的任务，是目前的研究热点。从20世纪80年代开始，人们针对如何提升水下机器人的智能水平，对智能体系结构、环境感知与任务规划等展开一系列的研究。其中不断改进和完善现有的智能体系结构，提升对未来趋势的预测能力，加强系统的自主学习能力，使智能系统更具有前瞻性，是提高智能系统自主性和适应性的关键。
4．2．1人工智能技术
智能水下机器人的自主性是通过人工智能技术实现的，人工智能技术和集成控制技术构成相当于人类大脑的智能体系结构，软件体系则模拟人类大脑进行工作，负责整个系统的总体集成和系统调度，直接决定着机器人的智能水平。其中为人工智能推演所广泛遵守的原则是根据时
间和功能来划分整个体系结构的构造模块和层次，最具代表性的则是美国国家标准局(NBS)和美国航天航空局(NASA)提出的NASREM结构。该系统体系结构中各个模块的功能和相互间的关系定义的非常清晰，这有利于整个系统的构成和各模块内算法的装填和更换效率，但这种划分方式会导致系统的反应较慢。针对这种划分方式反应较慢的特点，目前有研究机构模拟人类大脑物理结构的基于连接主义的反射性，提出依据行为来划分模块和层次。在目前的人工智能研究中主要采用基于符号的推理和人工神经网络技术，其中基于符号的推理对智能系统来说是最基本的需求。但是，目前基于符号的推理仍存在较多的局限性，比如系统较脆弱、获取知识困难、学习能力较低和实时性较差等。人工神经网络相对有较强的学习、联想和自适应能力，它更擅长于处理不精确和不完全的信息，并具有较好的容错性，能够较好的弥补基于符号的逻辑推理的不足，所以两项技术的结合更具有发展潜力。
4．2．2智能规划与决策
不像海洋平台一样仅需针对某一海域进行设计，智能水下机器人的工作任务决定了它必须能够适应广泛的水下环境，复杂海洋环境中充满着各种未知因素，风、浪、流、深水压力等干扰时刻挑战着水下机器人的智能规划与决策能力。以海流为例，大洋中海流的大小与方向不但与时间有密切的关系，而且随着地点不同也会有较大变化，这对智能水下
机器人的路径规划和避碰规划是一个时刻紧随的考验。针对海洋环境的复杂性，智能水下机器人需要拥有良好的学习机制，才能尽快的适应海洋环境，拥有理想的避碰规划和路径优化的能力[4|。
4．3智能水下机器人的运动控制
智能水下机器人的运动控制包括对其自身运动形态、各执行机构和传感器的综合控制，水下机器人的六自由度空间运动具有明显的非线性和交叉耦合性，需要一个完善的集成运动控制系统来保障运动与定位的精度，此系统需要集成信息融合、故障诊断、容错控制策略等技术。虽然目前不断改进新型控制算法对水下机器人进行任务与航迹规划，但由于在复杂环境中水下机器人运动的时变性很难建立精确的运动模型，那么人工神经网络技术和模糊逻辑推理控制技术的作用更加重要。模糊逻辑推理控制器设计简单、稳定性好，但在实际应用中由于模糊变量众多，参数调整复杂，需要消耗大量时间，所以需要和其他控制器配合使用，比如PID控制器、人工神经网络控制器。其中人工神经网络控制方式的优点是，在充分考虑水下机器人运动的非线性和交叉耦合性的前提下，能够识别跟踪并学习自身和外界环境的变化，但是如果外界环境干扰变化的频率和幅度与其自身运动相接近时，它的学习能力将表现出明显的滞后，控制滞后则会导致控制振荡的出现，对水下机器人的安全和任务执行是极为不利的[5|。各种控制方式相互结合使用的目的是提高控制器的控制精度与收敛速度，如何在保证水下机器人运动控制稳定的
情况下提升控制系统的自适应性，提高智能系统在实际应用中的可行性是目前工作的重点。
4．4智能水下机器人的通讯导航定位
智能水下机器人要完成任务首先需要明确任务所需到达的目的地，到达目的地的路径以及整个过程中自己所处的位置。前两个问题属于导航范围，后一个问题需要定位技术的支持，而整个过程都要依赖先进的通讯技术。
4．4．1智能水下机器人的通讯
智能水下机器人通过水声通讯和光电通讯方式来传输各类控制指令及各类传感器、声纳、摄像机等探测设备的反馈信息。两种方式各有优缺点，目前主要依赖于水声通讯，但是声波在水中的传播速度很低(远远低于光速)，在执行一定距离的任务时，会产生较大的时间延迟，不能保证控制信息作用的即时性和全时性。由于水下声波能量衰减较大，所以声波的传输距离直接受制于载波频率和发射功率，目前水声通讯的距离仅限10km左右，这大大限制了水下机器人的作业空间。目前世界各国正积极开发水下激光通讯，激光信号可以通过飞机和卫星转发以实现大范围的通讯，其中海水介质对蓝绿激光的吸收率最小，目前美国已经实现了由空中对水下100 m左右深度的潜艇进行通讯。但是目前的蓝绿激光器体积较大，能耗也较大，效率低，离应用到智能水下机器人上还有一定距离。
4．4．2智能水下机器人的导航定位
智能水下机器人能否到达预定区域完成预定任务，水下导航技术起到至关重要的作用，是目前水下机器人领域发展急需突破的瓶颈问题之一。目前空中导航已经拥有了较成熟的技术，而由于水下环境的复杂性，以及信息传输方式和传输距离的受限，使得水下导航比空中导航要更有难度L 6|。水下导航技术从发展时间和工作原理上可分为传统导航技术和非传统导航技术，其中传统导航技术包括航位推算导航、惯性导航、多普勒声纳导航和组合式导航。最初的水下机器人主要依赖于航位推算进行导航，之后则逐渐加入惯性导航系统、多普勒速度仪和卡尔曼滤波器，这种导航方式虽然机构简单，实现容易，但它存在致命的缺陷，经过长时间的连续航行后会产生非常明显的方位误差，所以整个过程中隔一段时间就需要重新确认方位，修正后继续进行推算。目前智能水下机器人大多采用多种方式组合导航，主要利用惯性导航、多普勒声纳导航和利用声纳影像的视觉导航等多种数据融合进行导航，定位技术主要是水下声波跟踪定位结合全球定位系统的外部定位技术。组合式导航技术将多种传感器的信息充分融合后作为基本的导航信息，不但提升了导航的精度，而且还提高了整个系统的可靠性，即便有某种传感器误差较大或是不能工作，水下机器人依然能够工作。其中将多种数据进行提取、过滤和融合的方法仍在不断的改进中。传统导航方式的原理决定了其误差积累的缺陷，为了保持精度，需要对系统数据进行不问断的更新、修
正，更新数据可通过全球定位系统或非传统方法获得。通过全球定位系统不但会占用任务时间而且会使行动的隐蔽性大大降低，通过非传统导航方式则可以克服这些缺陷。非传统导航方式是目前研究的热门方向，主要有海底地形匹配导航和重力磁力匹配导航等，其中海底地形匹配导航，在拥有完善的、并能够及时更新的电子海图的情况下，是目前非常理想的高效率、高精度导航方式，美国海军已经将其广泛应用于潜艇的导航[7I。未来水下导航将结合传统方式和非传统方式，发展可靠性好、集成度高并具有综合补偿和校正功能的综合智能导航系统。
4．5水下目标的探测与识别
智能水下机器人要实现“智能”就不能“闭塞视听”，它需要时刻感知外界环境的信息，尤其是水下目标的信息，基于这些信息才能做出智能决策，所以水下目标的探测与识别就相当于智能水下机器人的“视、听、触觉”，是其与所处环境“交流”的基本方式。目前水下目标探测与识别技术可以通过声学传感器、微光TV成像和激光成像等方式。首先微光TV成像采集的信息图像清晰度和分辨率都较好，但是其成像质量受海水能见度的影响很大，综合来看其可接受的识别距离太短，适用范围大大受限。激光成像技术经过近几年的发展，激光成像仪的体积、重量和功耗都大大降低，达到智能水下机器人可利用的级别，值得指出的是，其成像质量远远高于声学传感器成像质量，能够达到微光TV成像的水平，但其工作距离远远大于微光TV成像，并且能够提供准确的
目标距离、坐标等信息。是较理想的水下目标探测与识别的手段。此项技术目前在美国已有应用，中国仍处于研究阶段，现在还没有达到工
程应用要求的激光成像仪可供智能水下机器人使用。声学传感器成像技术能够实现一定分辨率的成像，并且在水下的作用距离较远，在目前水下探测与识别领域中应用广泛。根据信息类型不同可分为两类：基于声回波信号探测识别和利用声纳图像探测识别。基于声回波信号的探测技术原理类似于空中利用雷达反射波进行目标识别，从20世纪60年代开始，广泛应用于海岸预警系统和潜用声纳目标分类系统，通过回波信号的强度、频谱、包迹等特征对预设类别的目标，例如水面舰船和潜艇进行探测识别。随着水声技术的发展，已经能够区分近距离的小型目标，基于声纳图像的探测识别技术成为目前水下探测识别技术的中流砥柱，但它目前仍然有诸多的局限性。声波在水中传播比无线电波在空气中传播效果要差很多，在各种环境噪声和背景目标的影响下，成像质量不高，加大了水下目标的探测与识别的难度。为了使获得的图像拥有适用的分辨率，需要采用较高频率的声纳，目前所使用的成像声纳的中心频率已达到几百千赫兹，但这又引入另一个限制因素。声波在水中传播是沿体积扩散的，并且海水介质对声波能量的吸收随着声波中心频率的增长而呈现二次方的增长，海水将会吸收掉高频声波相当大的能量，导致远距离传输的声波会有较大的衰减，使得声纳成像的分辨率低和像素信息少。目前还没有形成成熟的声纳图像目标识别理论，声纳图像中的目标
一般呈点状和块状，进行目标识别时，依据目标信息图像的大小用开变换方法进行预处理，即能得到可利用的识别信息。由于海洋环境的特殊性和复杂性，对水下目标探测与识别的技术应用有很大的限制，以至于可应用的手段也非常有限。从技术上来说，声探测技术容易实现，并且探测距离较远，到目前为止仍是主要的水下目标探测手段，而基于声纳图像的目标探测与识别可靠性和精确性仍然不高。激光成像不但分辨率高、信息丰富，而且作用距离远，是非常理想的水下目标探测与识别手段，
激光成像水下目标的探测与识别技术是中国目前努力研究的方向。
4。6智能水下机器人的动力能源
随着水下机器人各方面技术的发展，其执行的任务也更加多样，这就需要水下机器人拥有良好的机动性和操控性，有时还需要执行高抗流作业和长时间连续作业等任务，对水下机器人续航力的需求逐渐增强。早期的水下机器人大多由铅酸电池提供电力能源，少数采用银锌电池提供能源，但银锌电池造价昂贵，不适合广泛使用。随着镍锰电池技术的发展，目前水下机器人使用较多的是镍锰电池，虽然续航力已经从最初的几个小时提升到了几十小时甚至是上百小时，但仍离智能水下机器人的需求有一定差距；而且镍锰电池体积和质量过大，造成机器人质量增大和结构设计复杂，给机器人的设计和使用带来很多不便。目前急需开发高效率、高密度能源，在整个动力能源系统保持合理的体积和质量的
基于开源软件Ardusub的水下机器人ROV控制系统 摘要：随着海洋资源开发以及水下领域作业任务的增加，水下机器人在水下作 业中发挥着越来越重要的作用。ROV作为水下作业的重要工具，对运动控制算法 要求较高，采用开源软件ArduSub，结合一种模糊串级PID控制算法实现ROV控 制系统的设计，重点对ArduSub的特点、适应配置及PID控制算法原理，包含运 动和姿态方面进行了阐述，能够良好实现ROV的水下控制。 1引言 随着海洋资源开发以及水下领域作业任务的增加，水下机器人在水下作业中 发挥着越来越重要的作用。其中ROV续航持久，成本相对较低，逐渐成为水下作 业的重要工具。ROV工作于水下环境，具有非线性、易受环境影响等特点，对运 动控制算法要求较高，同时要求整个控制系统要有较好的实时性和可靠性。 2开源软件ArduSub简介 ArduSub水下机器人的控制器是一个完整的开源解决方案，提供远程操作控 制(通过智能潜水模式)和全自动的执行任务。作为DroneCode软件平台的一部分，它能够无缝地使用地面控制站的软件，可以监控车辆遥测和执行强大的任务规划 活动。它还受益于DroneCode平台的其他部分，包括模拟器，日志分析工具，为 车辆管理和控制和更高层次的api。 其主要特点在于以下几个方面： 反馈控制和稳定性：ArduSub控制器基于多旋翼自动驾驶系统，具有精确的 反馈控制，可主动维持方向。 深度保持：使用基于压力的深度传感器，ArduSub控制器可以将深度保持在 几厘米内。 航向保持：默认情况下，ArduSub在未命令转动时自动保持其航向。 相机倾斜：通过操纵杆或游戏手柄控制器与伺服或万向节电机进行相机倾斜 控制。 灯光控制：通过操纵杆或游戏手柄控制器控制海底照明。 无需编程：ArduSub控制器适用于各种ROV配置，无需任何自定义编程。大 多数参数可以通过地面控制站轻松更改。 兼容性好：ArduSub兼容许多不同的ROV框架，支持PWM输出。 由于以上特征，使得ArduSub成为一款可以很好适用于水下机器人RPV控制 系统的开源软件。 ArduSub兼容基于串行和以太网的通信接口。使用的硬件自动驾驶仪必须支 持选择的选项。Pixhawk仅支持串行连接，但可以通过配套计算机连接到以太网。其他autopilots原生支持以太网。ArduSub软件主要用于通过ArduSub进行接口，ArduSub是一种开源的跨平台用户界面，适用于所有类型的无人机。该接口通过 系绳连接到ArduSub控制器并显示车辆状态信息，并允许更新参数和设置。最重 要的是，QGC与用于指挥车辆的操纵杆或游戏手柄控制器连接。 ArduSub包含一个高级的电机库，支持多个框架，例如具有6自由度推进器 定位的BlueROV配置（图1所示）、带有并排垂直推进器的矢量ROV（图2所示）、采用单垂直推进器的ROV（图3所示）等等。 在传感器和执行器方面，除了标准的板载传感器（IMU，指南针），ArduSub
中国海洋大学工程学院 机械电子工程研究生课程考核论文 题目：AUV水下机器人运动控制系统研究报告 课程名称：运动控制技术 姓名：李思乐 学号：21100933077 院系：工程学院机电工程系 专业：机械电子工程 时间：2010-12-26 课程成绩： 任课老师：谭俊哲
AUV水下机器人运动控制系统设计 摘要：以主推加舵控制的小型自治水下机器人为研究对象，建立了水下机器人的数学模型并进行了分析。根据机器人结构的特点，对模型进行了必要的简化。设计了机器人的运动控制系统。以成功研制的无缆自治水下机器人(AUV) 为基础，对其航行控制和定位控制方法进行了较详细的分析. 同时介绍了它的推进器布置、控制系统结构、推力分配等方法。最后展示了它的运行实验结果。 关键词：水下机器人；总体设计方案；运动控制系统；电机仿真 1 引言 近年来国外水下机器人技术发展迅速，技术水平较高。其中，具有代表性的产品有：美国Video Ray 公司开发出的Scout、Explorer、Pro 等系列遥控式水下机器人，美国Seabotix公司研发的LBV-ROV 系列，英国AC-CESS 公司的AC-ROV系列。 随着海洋开发、探测的需求越来越强，水下机器人成为全世界研究的热门课题。小型自治水下机器人具有低成本、小型化、操作灵活等特点成为近年来国内外研究的热点。自治水下机器人（Autonomous Underwater Vehicles, AUV）,载体采用模块化设计思想, 可根据需要适当增减作业或传感器模块, 载体采用鱼雷状流线外形, 总长约2 m, 外径25 cm, 基本模块包括推进器模块、能源模块、电子舱模块、传感器模块以及GPS、无线电通讯模块, 基本传感器有姿态传感器、高度计、深度计和视觉传感器, 支持光纤通讯, 载体可外挂声学设备, 通过光纤系统进行遥控操作可实现其半自主作业, 也可在预编程指令下实现自主作业。系统基本模块组成设计如图1-1 所示[1]。它具有开放式、模块化的体系结构和多种控制方式（自主/半自主/遥控），自带能源。这种小型水下机器人可在大范围、大深度和复杂海洋环境下进行海洋科学研究和深海资源调查，具有更广泛的应用前景。在控制系统的设计过程中充分考虑了系统的稳定性和操纵性。控制器具有足够的鲁棒性来克服建模误差，以及水动力参数变化。 图1-1 系统基本模块组成设计 2 机器人物理模型 2.1 AUV 物理模型 为了研究AUV 的运动规律，确定运行过程中AUV 的位置和姿态，需要建立AUV
低成本水下机器人 策 划 书 申报项目： 低成本水下机器人 申报人： 孟永志 项目负责人： 孟永志 申报日期： 年4月17日
低成本水下机器人策划书 机器人项目创业计划执行概要 水下机器人从20世纪后半叶诞生，是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，又称无人遥控潜水器，主要运用在海上救援。由于水下环境恶劣危险，人的潜水深度有限，所以水下机器人日益成为开发海洋的重要工具。在军事斗争中，无人化作战平台将在未来现代化战争中发挥重要的作用，无人舰艇将与无人地面战车、无人飞机一起在战场上进行高效卓越地作战。另外，无论战争期间还是和平时期，水下机器人还可以定期对航道、训练场、舰艇机动区实施定期或不定期检查，保障这些水域的作业安全。 载人潜水器由人工输入信号操控各种动作，由潜水员和科学家通过观察窗直接观察外部环境。其优点是由人工亲自做出各种核心决策，便于处理各种复杂问题，但是人生命安全的危险性增大，由于载人需要足够的耐压空间、可靠的生命安全保障和生命维持系统，这将为潜水器带来体积庞大、系统复杂、造价高昂、工作环境受限等不利因素。 有缆水下机器人（ROV）需要由电缆从母船接受动力，并且ROV不是完全自主的，它需要人为的干预。主要由水面设备（包括操纵控制台、电缆绞车、吊放设备、供电系统等）和水下设备（包括中继器和潜水器本体）组成。潜水器本体在水下靠推进器运动，本体上装有观测设备（摄像机、照相机、照明灯等）和作业设备（机械手、切割器、清洗器等）。潜水器的 水下运动和作业，是由操作员在水面母舰上控制和监视，电缆向本体提供动力和交换信息，中继器可减少电缆对本体运动的干扰。由于人们通过电缆对ROV进行遥控操作，电缆对ROV像“脐带”对于胎儿一样至关重要，但是由于细长的电缆悬在海中成为ROV最脆弱的部分，大大限制了机器人的活动范围和工作效率。 无缆水下机器人（AUV）又称自治水下机器人、智能水下机器人，是将人工智能、探测识别、信息融合、智能控制、系统集成等多方面的技术集中应用于同一水下载体上，在没有人工实时控制的情况下，自主决策、控制完成复杂海洋环境中的预定任务使命的机器人。是从简单的遥控式向监控式发展，即由母舰计算机和潜水器本体计算机实行递阶控制，它能对观测信息进行加工，建立环境和内部状态模型。操作人员通过人机交互系统以面向过程的抽象符号或语言下达命令，并接受经计算机加工处理的信息，对潜水器的运行和动作过程进行
水下机器人发展概述 1水下机器人发展背景 在浩瀚的宇宙中，有一个蔚蓝色的星球，那是人类赖以生存的地方——地球。地球的表面积为5.1亿平方公里，而海洋的面积为3.6亿平方公里。地球表面积的71%被海洋所覆盖。在烟波浩渺的海洋深处，蕴藏着什么样的宝藏？是否存在着智慧生命？海底生物是怎样生活的？海底的地形地貌又是什么样的？所有这一切都使海洋充满了神秘的色彩，也吸引了无数科学家、探险家为之探索。从远古时代起，人们就泛舟于海上。从19世纪起，人们开始利用各种手段对海洋进行探察。20世纪，水下机器人技术作为人类探索海洋的最重要的手段，受到了人们普遍的关注。进入21世纪，海洋作为人类尚未开发的处女地，已成为国际上战略竞争的焦点，因而也成为高技术研究的重要领域。毫不夸张地说，本世纪是人类进军海洋的世纪。人类关注海洋，是因为陆上的资源有限，海洋中却蕴藏着丰富的矿产资源、生物资源和能源。另一个重要原因是，占地球表面积49％的海洋是国际海底区域，该区域内的资源不属于任何国家，而属于全人类。但是如果哪一个国家有技术实力，就可以独享这部分资源。因此争夺国际海底资源也是一项造福子孙后代的伟大事业。水下机器人作为一种高技术手段，在海底这块人类未来最现实的可发展空间中起着至关重要的作用，发展水下机器人的意义是显而易见的。 ２水下机器人的定义与分类 ２．１水下机器人的定义与概述 水下机器人也称作无人水下潜水器（ｕｎｍａｎｎｅｄｕｎｄeｒｗａｔｅｒｖｅｈｉｃｌｅｓ，ＵＵＶ），它并不是一个人们通常想象的具有类人形状的机器，而是一种可以在水下代替人完成某种任务的装置。在外形上更像一艘微小型潜艇，水下机器人的自身形态是依据水下工作要求来设计的。生活在陆地上的人类经过自然进化，诸多的自身形态特点是为了满足陆地运动、感知和作业要求，所以大多数陆地机器人在外观上都有类人化趋势，这是符合仿生学原理的。水下环境是属于鱼类的“天下”，人类身体的形态特点与鱼类相比则完全处于劣势，所以水下运载体的仿生大多体现在对鱼类的仿生上。目前水下机器人大部分是框架式和类似于潜艇的回转细长体，随着仿生技术的不断发展，仿鱼类形态甚至是运动方式的水下机器人将会不断发展。水下机器人工作在充满未知和挑战的海洋环境中，风、浪、流、深水压力等各种复杂的海洋环境对水下机器人的运动和控制干扰严重，使得水下机器人的通信和导航定位十分困难，这是与陆地机器人最大的不同，也是目前阻碍水下机器人发展的主要因素。 ２．２水下机器人的分类 水下潜水器根据是否载人分为载人潜水器和无人潜水器两类。载人潜水器由人工输入信号操控各种机动与动作，由潜水员和科学家通过观察窗直接观察外部环境，其优点是由人工亲自做出各种核心决策，便于处理各种复杂问题，但是人生命安全的危险性增大。由于载人需要足够的耐压空间、可靠的生命安全保障和生命维持系统，这将为潜水器带来体积庞大、系统复杂、造
水下机器人的运动方式 水下机器人，也称无人遥控潜水器。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。 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。 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。目前，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。 随着海洋开发活动越来越频繁和深进，在超越潜水极限的恶劣水下环境中，搭载传感器、仪器设备的水下机器人很自然地成为人类延伸自己感知能力的主要工具之一。水下机器人通过控制台上的多个旋钮即可控制机器人前进、后退、转弯、上升、下沉；灯光强弱和摄像头焦距；云台俯仰等；机器人可携带定位声纳、图像扫描声纳、多参数水质检测传感器（YSI）、辐射传感器、机械手、金属测厚计等；可实时进行水下视频检测和观测。 水下机器人运动控制中普遍采用的位置传感器为短基线或长基线水声定位系统，速度传感器为多普勒速度计。影响水声定位系统精度的因素主要包括声速误差、应答器响应时间的丈量误差、应答器位置即间距的校正误差。而影响多普勒速度计精度的因素主要包括声速c、海水中的介质物理化学特性、运载器的颠簸等。由于水下机器人运行的环境复杂，水声信号的噪声大，而各种水声传感器普遍存在精度较差、跳变频繁的缺点，因此水下机器人运动控制系统中，滤波技术显得极为重要。 传统的水下机器人滤波算法采用线性平滑、神经网络滤波等。固然在一定程度上解决了工程实践的需求，但由于没有考虑机器人系统的运动特性，滤波效果不十分理想。卡尔曼滤波方法由于在最优估计时充分利用了已经建立的系统运动模型，使滤波的实际效果更加接近真实数据的要求。但标准卡尔曼滤波方法必须清楚地了解系统噪声和量测噪声的统计特性，由于相关水声传感器受各种因素影响波动很大，噪声的统计特性不易获得。为此，引进带渐消因子的自适应卡尔曼滤波方法，可成功地解决这一题目。
2020年水下机器人行业市场分析调研报告 2020年1月
目录 1. 水下机器人行业概况及市场分析 (5) 1.1 中国水下机器人行业市场驱动因素分析 (5) 1.2 水下机器人行业特征分析 (5) 1.3 水下机器人行业结构分析 (6) 1.4 水下机器人行业PEST分析 (7) 1.5 水下机器人行业国内外对比分析 (9) 1.6 水下机器人市场规模分析 (11) 2. 水下机器人行业存在的问题分析 (11) 2.1 政策体系不健全 (11) 2.2 基础工作薄弱 (11) 2.3 地方认识不足，激励作用有限 (12) 2.4 产业结构调整进展缓慢 (12) 2.5 技术相对落后 (12) 2.6 隐私安全问题 (13) 2.7 与用户的互动需不断增强 (13) 2.8 管理效率低 (14) 2.9 盈利点单一 (15) 2.10 过于依赖政府，缺乏主观能动性 (15) 2.11 法律风险 (15) 2.12 供给不足，产业化程度较低 (16) 2.13 人才问题 (16)
3. 水下机器人行业政策环境 (18) 3.1 行业政策体系趋于完善 (18) 3.2 一级市场火热，国内专利不断攀升 (18) 3.3 “十三五”期间水下机器人建设取得显著业绩 (19) 4. 水下机器人产业发展前景 (21) 4.1 中国水下机器人行业市场规模前景预测 (21) 4.2 水下机器人进入大面积推广应用阶段 (21) 4.3 政策将会持续利好行业发展 (21) 4.4 细分化产品将会最具优势 (22) 4.5 水下机器人产业与互联网等产业融合发展机遇 (22) 4.6 水下机器人人才培养市场大、国际合作前景广阔 (23) 4.7 巨头合纵连横，行业集中趋势将更加显著 (24) 4.8 建设上升空间较大，需不断注入活力 (24) 4.9 行业发展需突破创新瓶颈 (25) 5. 水下机器人行业发展趋势 (27) 5.1 宏观机制升级 (27) 5.2 服务模式多元化 (27) 5.3 新的价格战将不可避免 (27) 5.4 社会化特征增强 (27) 5.5 信息化实施力度加大 (28) 5.6 生态化建设进一步开放 (28)
仿生水下机器人运动控制方法研究 o 成 巍 李喜斌 孙俊岭 袁建平 徐玉如 哈尔滨工程大学水下机器人技术实验室 ［摘 要］ 近年来仿生技术在水下机器人上的应用已经成为水下机器人的重要研究方向之一。仿生水下机器 人采用尾鳍提供前进动力和改变航向，比传统的桨舵具有高效性和高机动性。本文根据仿生水下机器人水池 试验结果讨论了其运动性能，并在此基础上提出了仿生水下机器人运动控制方法，最后通过仿真试验验证了 该方法的可行性。运动控制研究，是仿生水下机器人其它使命的基础，具有重要的意义。 ［关键词］水下机器人；仿生推进；智能控制 ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｂｉｏｎｉｃ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ｖｅｈｉｃｌｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｍｏｒｅ ａｔｔｒａｃｔｉｖｅ ｒｅｃｅｎｔｌｙ． Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ ａｎｄ ｒｕｄｄｅｒ， ｔｈｅ ｂｉｏｎｉｃ ＵＶ ｉｎｓｐｉｒｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｆｉｓｈ ｃｒｕｉｓｅｓ ａｎｄ ｔｕｒｎｓ ｂｙ ｉｔｓ ｃａｕｄａｌ ｆｉｎ， ｗｈｉｃｈ ｇｉｖｅｓ ｍｏｒｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｍａｎｅｕｖｅｒａｂｉｌｉｔｙ． Ｆｉｒｓｔ ｗｅ ｄｉｓｃｕｓｓ ｔｈｅ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｂｉｏｎｉｃ ＵＶ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｉｔｓ ｗａｔｅｒ ｔａｎｋ ｔｅｓｔｓ． Ｔｈｅｎ ｗｅ ｇｉｖｅ ａ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｉｔｓ ｍｏｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｈｅｒｅ． Ａｎｄ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ａｔ ｌａｓｔ． Ｍｏｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｓ ｍｅａｎｉｎｇｆｕｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ｂｉｏｎｉｃ ＵＶ ｔｏ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｏｔｈｅｒ ｔａｓｋｓ． ［Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ］ ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｖｅｈｉｃｌｅ， ｂｉｏｎｉｃ ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ， ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ． ０．引言 近年来，模仿水生动物推进方式的仿鱼尾推进系统应用于水下无人探测器的可行性已经得到了初步的验证。如美国ＭＩＴ的ＲｏｂｏＴｕｎａ ［１］、美国Ｄｒａｐｅｒ实验室的ＶＣＵＵＶ［２］、日本东京工业大学的机器海豚［３］、哈尔滨工程大学的“仿生－Ⅰ”［４］等，都采用了具有较高巡游速度的金枪鱼或海豚作为模型，研究仿生推进和操纵系统，以期改善传统水下机器人推进和操纵性能，增强水下机器人的运动能力。仿生水下机器人采用尾鳍提供前进的动力和改变航向，与传统的采用桨舵的水下机器人在运动性能和控制方法上都有很大的差别。因此，研究仿生水下机器人的操纵控制方法成为其重要的研究方向之一。本文以“仿生－Ｉ”为研究对象，根据其船模试验水池（１０８×７×４ｍ）试验了解其运动性能，并在此基础上讨论其运动控制方法。 １．“仿生－Ｉ”结构 仿生水下机器人“仿生－Ｉ”号，以蓝鳍金枪鱼为蓝本，长２．４ｍ，最大直径０．６２ｍ，排水量３２９ｋｇ，负载能力７０ｋｇ，潜深１０ｍ，配有月牙形 ［作者简介］ 成巍（１９７７–），河北张家口，博士生，研究领域：机器人运动控制与仿真、生物流体力学。
水下机器人 一、摘要 摘要:无人遥控潜水器，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。本文从过去、现在、未来三个时间段介绍了水下机器人，并且就其中的关键技术也简要做了介绍，全方面的认识了水下机器人。 关键字：水下机器人、潜水器、海洋 Abstract :No one remote control submersibles, also called the underwater robot. A kind of work in the limit of the underwater robot homework, can submerge instead of people finish some operating, and calls the scuba machine. Underwater environments are dangerous, the person's diving depth is limited, so underwater robot has become an important tool development of ocean. This article from the past, present, and future three time underwater robot is introduced, and the key technology is briefly introduced, all aspects of the understanding of the underwater obot. Key words: underwater robot、scuba machine、ocean 二、引言 海洋这一广阔的水域，蕴藏着丰富的矿产资源、海洋生物资源和能源，是人类社会可持续发展的重要财富。研究和合理开发海洋，是对人类的经济和社会发展具有重要的意义。随着科学技术的发展，人类已经进入了开发和利用海洋的时代。在各种海洋技术中，作为用在一般潜水技术不可能到达的深度进行综合考察和研究并能完成多种作业的水下机器人，使海洋开发进入了新时代。 从20世纪30年代，美国研制出了第一台现代意义上的潜水器开始，无人遥控潜水器，也称水下机器人，开始进入人类的发展史，虽然只有短短的几十年，但其却发挥了极大的作用，为人类在海洋等水域的探索开发提供了有力的支持。由于水下机器人目前多用于海洋，故也可称为海洋机器人。而且水下作业对于人来说是一项危险作业，特别是在深海作业更加的危险，在10000米深的深海中，其压力是地面压力的1000倍，那里是迄今为止人类难以到达的地方。海底，特别是深海海底对人类还是一个未知世界。水下机器人主要用于海洋开发、打捞、扫雷、侦察、援潜、救生等。 而在近几十年，水下机器人的发展是非常迅速的。在信息技术的支持下，其发展趋势向着以下几个方面发展：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
本科毕业论文（设计） 题目（中文）六自由度机器人运动分析及优化 （英文） Motionanalysis and optimization of 6-DOF robot 学院信息与机电工程学院院 年级专业 2013级汽车服务工程（中德）） 学生姓名吴子璇正 学号 130154494 7 指导教师安康安 完成日期 2017 年 3 月
摘要 当今世界，工业化日趋成熟，机器人被广泛的应用于各行各业，最常用到的有四自由度，六自由度机器人。其中，自动化水平较高的汽车制造业和电子装配业经常常常要使用到六自由度机器人。因此对其实施运动学分析，是进行科学设计的基础，也是降低机器人生产成本，优化机器人运动轨迹的前提。此外，运动分析过程有效的模拟了机器人运动的真实情况，有助于提供有效可行的优化方案。本文主要探讨六自由度机器人的运动分析，基于经典运动学以及动力学的研究方法概念，首先通过solidworks做出机械臂各部分零件的三维图，然后通过SolidWorks装配出六自由度机器人机械臂的三维模型。通过该模型，选取其中一个关节和底座，并用SolidWorks进行运动学分析，对六自由度机器人的运动学和动力学计算方法进行了仿真验证。最后得到六自由度机器人的其中一个自由度的运动仿真实例。通过对该运动仿真实例的分析，得出最佳优化方案，优化机器人的运动轨迹提高机器人的工作效率，降低机器人生产成本。 关键词：六自由度机器人；运动分析；运动学；动力学；
目录 摘要................................................. I Abstract ............................... 错误!未定义书签。 1 绪论 (1) 1.1 课题背景及研究的目的和意义 (1) 1.2机器人国内外发展现状及前景展望--------------------------1 2 六自由度机器人运动学分析 (4) 2.1六自由度机器人的结构-------------------------------------1 2.2运动学分析----------------------------------------------1 3 六自由度机器人动力学分析 (6) 3.1综述----------------------------------------------------3 3.2机器人动力学研究方法------------------------------------3 3.2.1几项假设-------------------------------------------3 3.2.2目标-----------------------------------------------4 3.2.3数学工具-------------------------------------------5 3.3动力学原理----------------------------------------------3
一文看懂水下机器人的发展及应用 导读：从“上天”到“下海”，水下机器人作为机器人新形态的出现也为人工智能的发展拓宽了领域，而作为发展的新方向，其也应“大有可为”。 Once more you open the door And you＇re here in my heart And my heart will go on and on ——《My heart will goon》 1912年4月14日是一个令人惋惜的日子，泰坦尼克号从英国南安普敦（Southampton）出发，途经法国瑟堡－奥克特维尔（Cherbourg－Octeville）以及爱尔兰（此时为英属）的皇后镇（Queenstown，1849年改名为Cobh），计划中的目的地为美国的纽约，开始了这艘“梦幻客轮”的处女航。 但是，泰坦尼克号在航行中撞上冰山，造成了当时在和平时期最严重的一次航海事故，也是迄今为止最为人所知的一次海难，共1502人罹难。 泰坦尼克号沉船前的最后一张照片（1912） 近百年后，RMS泰坦尼克公司组成了科学家小组，进行了对泰坦尼克号的水下探测。这支科学家小组使用数台水下机器人对残骸进行考察，拍摄了数千张照片以及数小时的影片。泰坦尼克号的残骸现在正安静地躺在2．5英里（约4000米）的水下。一张张高分辨率照片显示出泰坦尼克号的船首部位，围栏和锚清晰可见。 水下机器人拍摄的船首与船锚 而日前，英国东英吉利大学皮埃尔教授利用几台“海洋滑翔机”实现了北大西洋和南冰洋的“海洋之声”探测，其通过迅速而隐蔽的行动和仅发出微小的声音，能够在水下悄无声息的穿行。 其可以在几个月内穿行几千公里，期间可以记录下鱼类等海洋生物发出的声音，给科学家
多功能水下脐带缆夹检测车综述1 水下机器人是一种可以在水下运行并能够独立完成特定功能的机械设备，通常可以分为载人水下机器人（Human Occupied Vehicle，简称HOV），遥控机器人（Remotely Operated Vehicle，简称ROV）和自治无人水下机器人（Autonomous Underwater Vehicle，简称AUV）三类。 AUV在水下通过各类传感器测量信号，经过机载CPU进行处理决策，独立完成各种操作，例如进行水下机动航行，动力定位，信息采集，水下探测等。通常这种机器人依靠水声通讯技术与岸基和船基进行联络，或者浮出水面，撑起无线电天线，与陆基和卫星进行通讯。AUV 的能源完全依靠自身提供，往往自身携带可充电电池、燃料电池、闭式柴油机等。该类设备优点是活动范围可以不受空间限制，并且没有脐带缆，不会发生脐带缆与水下结构物缠绕问题，但是水下的续航能力和负载能力受到自身能源的强烈制约，只能完成一些短程和轻载的工作，而自身的CPU处理能力又很大程度上限制了AUV所能从事工作的复杂程度。典型的AUV有美国海军研究生院的Phoenix AUV和性能更优越的Aries AUV，这两个机器人的研发主要是为了研究智能控制、规划和导航功能。麻省理工大学Odyssey II是一种主要用于海冰检测和标图的机器人。美国新罕布什尔自主水下系统研究所与俄罗斯远东科学院水下技术研究所联合开发的太阳能自主水下AUV正在尝试克服AUV的远程续航缺陷。美国的C.S.Droper实验室则在仿生AUV方面有巨大的突破，代表产品是仿黄鳍金枪鱼机器人VCUUV。
加拿大在1994年冰层电缆铺设方面率先采用AUV技术，研制出Theseus AUV，该机器人配备了一块70kWh铝氧燃料电池，续航能力达到36小时。后来该机器人的能源装置不断升级，到1997年完成第二代电池试验，续航能力较第一代显著提高。日本东京生产技术研究所主要致力于水下电缆检测领域，研发出了包括Twin-Burger I型和II型、PTEROA150型和250型等多系列电缆铺设和检测维护AUV。在国内AUV的研制主要由两所机构完成，一是一中科院沈阳自动化研究所为核心，该所与中船重工业集团702所，哈尔滨工程大学等合作研发出“探索者1号”AUV等机器人，之后与俄罗斯合作研发了CR系列机器人。另一个是以哈尔滨工程大学为中心，主要研发军用智能机器人。北京航空航天大学致力于仿生机器鱼的研究，为新推进器技术和新型结构的研究奠定了良好的基础。 遥控机器人（ROV）能够克服AUV的能源动力不足的缺陷，他的能源和控制指令都由水面控制台提供，通过脐带缆传递给ROV。ROV 的有点在于动力充足可以支撑复杂或大型的探测设备，信息采集和数据传送工作快捷方便，数据采集量大，由于其操作控制和信号处理等工作全部由水面的计算机和工作站来完成，人机交互水平高于AUV，所以ROV的总体决策能力要高于AUV。ROV的致命缺陷就是自身的生命线脐带缆，在短程操作中问题不大，但是在长距离水下作业中，脐带缆很容易与水下其他结构发生缠绕，当距离较长时，对ROV的动力也是一个很大的挑战。
? 117 ? ELECTRONICS WORLD? 技术交流 本文主要结合相关的研究背景设计了一种水下清洁机器人，作为一种水下设备的清洁维护的机器人，保障水下设备的正常运行。文章首先在引言部分对本文的研究背景及意义进行阐述，然后重点提出了水下清洁机器人运动控制系统的总体设计方案，并对其运动模型进行设计和仿真。 1 引言 海洋开发逐渐向特殊领域以及高深度领域转变，难度越来越大，人力开发已经完全不能够满足开发的需求，机器人开发已经成为了新趋势。本文主要在此背景下分析和研究水下清洁机器人的运动控制系统的设计。本文设计的水下清洁机器人主要是用于对水下的一些大型设备，例如海底搜救设备、勘测设备、取样设备等进行水下维护和修复等，能够在水下特殊环境中对海底设备进行维护和处理，能够较大程度上的促进海底开发技术的发展。 2 水下清洁机器人运动控制系统总体设计 2.1 水下清洁机器人运动控制流程 本文设计的水下清洁机器人的控制系统主要由主机、控制算法、控制电路、指令转换、机器人载体、采样设备等组成，具体的控制流程为：主机控制算法进行水下机器人的动力分配，并结合指令转换算法进行整理转换，结合控制电路开启操控箱，下达操作指令，机器人载体接到命令驱动机器人进行采样，采集样本之后将样本信息传递到主机处理系统当中，进行处理。 2.2 模拟运动控制平台结构设计 水下机器人的运动控制平台主要包括六个部分：步进电机、云台、安装板、推进器、U型板以及轴承等。其中云台主要实现的是2自由度的运动，包括水平和横向两个方向。本文模拟的控制平台主要实现的是3自由度的运动控制，除了上述2自由度之外，还包括前后摇摆自由度。由于多了一个自由度，因此需要对运动进行定位，该运动平台的定位主要由带套轴承和法兰轴组成固定左侧，由带套轴承和电机轴固定右侧，右侧的电机由法兰固定，由此就设计出了一个6自由度的模拟运动控制平台（边宇枢，高志慧，贠超，6自由度水下机器人动力学分析与运动控制：机械工程学报，2007）。 2.3 地面操控台结构设计 地面操控台主要是对上述的模拟运动控制平台进行控制，地面操控台主要包括显示器、操纵杆、按钮以及指示灯等。其中操纵杆有2个，一个用来控制云台的摄像机，一个用来控制模拟运动平台，面板主要是结合人体舒适度进行设计，角度定为70°（裴文良，郭映言，陈金山，申龙，水下机器人的研发及其应用：制造业自动化，2018）。 3 水下机器人运动模型及仿真分析 该部分主要对上述设计的水下机器人的运动模型以及仿真进行分析： 3.1 水下机器人的运动学建模 为了便于我们对机器人参数和变量的统一管理，可以定义以下 状态变量： 其中 ，，即用η1和η2分别表示稳定系下水下机器人的位置向量和方向向量，用v1和v2分别表示动态系下水下机器人的线速度和角度，用τ1和τ2表示在动态系下作用于水下机器人的力和力矩向量。 水下机器人的速度变量由稳定系转换成为动态系，从而通过动态控制器实现对运动的控制，同时要获得水下机器人的静态位置和姿态就必须要将水下机器人的速度变量由动态系转换成为稳定系，从而得到水下机器人的位置矢量。由此可知，在研究水下机器人状态时，需要分析和研究机器人速度变量的动态和静态的转变。 3.2 基于神经网络的轨迹控制器 本文主要设计了基于神经网络模型的水下机器人的运动轨迹控制器，具体的控制流程如下：当机体接收到信号后，传递到控制器，再通过执行器作用于机体，做出相应的动作，机器人本身还具有抗干扰的功能。输出与控制器之间用RBF网络连接。（朱大奇，陈亮，刘乾，一种水下机器人传感器故障诊断与容错控制方法：控制与决策，2009） 3.3 水下机器人神经网络轨迹控制的仿真 结合上述设计的基于神经网络模型的水下机器人的运动轨迹控制器，采用MATLAB进行仿真如下。该控制器设计的目的是实现对水下机器人运动状态的识别和跟踪，通过分析水下机器人的水下运动情况，结合轨迹参考实现了未知动力学的局部精确逼近和部分神经网络权值的收敛，从而奠定一定的学习控制器基础。 结合神经网络的训练实验得到，在神经网络权值的训练过程中，一些神经网络的权值最终收敛，可以作为神经网络的常数权值存储。在自适应神经网络控制器的作用下，将被控系统未知动态分量的局部精确逼近。 水下清洁机器人运动控制系统设计研究 （下转第121页）
水下机器人智能控制技术 机械工程学院张杰189020008 智能水下机器人作为一个复杂的系统集成了人工智能水下目标的探测和识别、数据融蛤智能控制以及导航和通信各子系统是一个可以在复杂海洋环境中执行各种军用和民用任务的智能化无人平台。目前主要采用的智能控制方法有：模糊控制、神经网络控制、专家控制、自适应控制、PID调节器、滑模控制等。本文比较全面地查阅了水下机器人运动控制理论相关的文献，阐述了几种主要控制方法的基本原理，给出了控制器结构的设计方法，对水下机 器人运行控制方法的选取、控制器的设计具有较好的参考意义。 水下机器人的运动控制是其完成特定任务的前提和保障，是水下机器人关键技术之一。 随着水下机器人应用范围的扩大，对其自主性，运动控制的精度和稳定性的要求都随之增 加，如何提高其运动控制性能就成了研究的一个重要课题。导致AUV难于控制的主要因素包括：①水下机器人高度的非线性和时变的水动力学性能；②负载的变化引起重心和浮心的改变；③附加质量较大，运动惯性较大，不能产生急剧的运动变化；④难于获得精确的水动力系数；⑤海流的干扰。这些因素使得AUV的动力学模型难以准确，而且具有强耦合和非线性的特点。目前已被采用的控制方法有：模糊控制、神经网络控制、专家控制、PID控制、自适应控制、S面控制等。 智能控制是一个由人工智能自动控制和运筹学的交叉构成的交叉学科近年来,智能控制技术成为水下机器人发展的一个重要技术水下机器人难于控制的原因有几个方面,水下机器人在运行中收到海流等外界极不稳定环境因素的干扰,使其控制变得更加困难;水下机器人各项参数的高度的非线性的特点;水下机器人的水动力性能在不同的海洋环境下会改变较明显;海底水下机器人水动力系数难以测量,不能获得一个较为准确的数据;水下机器人体积大质量大,因此所受惯性大,运动变化难以在较短的时间内实现;水下机器人在运动过程中重心和浮心易改变会引起控制较为困难等智能控制如果能用在水下机器人,可以更好的使其适应复杂的海洋环境。 智能控制系统的类型
封面
作者：PanHongliang 仅供个人学习 中国海洋大学工程学院 机械电子工程研究生课程考核论文 题目： AUV水下机器人运动控制系统研究报告
课程名称：运动控制技术姓名：李思乐 学号： 21100933077 院系：工程学院机电工程系专业：机械电子工程 时间：2010-12-26 课程成绩： 任课老师：谭俊哲
AUV水下机器人运动控制系统设计 摘要：以主推加舵控制的小型自治水下机器人为研究对象，建立了水下机器人的数学模型并进行了分析。根据机器人结构的特点，对模型进行了必要的简化。设计了机器人的运动控制系统。以成功研制的无缆自治水下机器人(AUV) 为基础，对其航行控制和定位控制方法进行了较详细的分析. 同时介绍了它的推进器布置、控制系统结构、推力分配等方法。最后展示了它的运行实验结果。关键词：水下机器人；总体设计方案；运动控制系统；电机仿真 1 引言 近年来国外水下机器人技术发展迅速，技术水平较高。其中，具有代表性的产品有：美国Video Ray 公司开发出的Scout、Explorer、Pro 等系列遥控式水下机器人，美国Seabotix公司研发的LBV-ROV 系列，英国AC-CESS 公司的AC-ROV系列。 随着海洋开发、探测的需求越来越强，水下机器人成为全世界研究的热门课题。小型自治水下机器人具有低成本、小型化、操作灵活等特点成为近年来国内外研究的热点。自治水下机器人（Autonomous Underwater Vehicles, AUV）,载体采用模块化设计思想, 可根据需要适当增减作业或传感器模块, 载体采用鱼雷状流线外形, 总长约2 m, 外径25 cm, 基本模块包括推进器模块、能源模块、电子舱模块、传感器模块以及GPS、无线电通讯模块, 基本传感器有姿态传感器、高度计、深度计和视觉传感器, 支持光纤通讯, 载体可外挂声学设备, 通过光纤系统进行遥控操作可实现其半自主作业, 也可在预编程指令下实现自主作业。系统基本模块组成设计如图1-1所示[1]。它具有开放式、模块化的体系结构和多种控制方式（自主/半自主/遥控），自带能源。这种小型水下机器人可在大范围、大深度和复杂海洋环境下进行海洋科学研究和深海资源调查，具有更广泛的应用前景。在控制系统的设计过程中充分考虑了系统的稳定性和操纵性。控制器具有足够的鲁棒性来克服建模误差，以及水动力参数变化。 图1-1 系统基本模块组成设计 2机器人物理模型 2.1 AUV 物理模型 为了研究AUV 的运动规律，确定运行过程中AUV 的位置和姿态，需要建立AUV 的动力学模型。为了便于分析，建立适合于描述AUV 运动的两种参考坐标系，即固定坐标系Eξηζ 和运动坐标系Oxyz，如图2-1 所示：包含5 个推进器，分别是艉部的2 个主推进器、艉部的1 个垂向推进器和艏部的2 个垂向推进器。左右对称于纵中剖面，上和下、前和后都不对称[2]。 图2-1AUV水下机器人物理模型 1.2微小型水下机器人动力学分析 微小型水下机器人总长 1.5m，采用锂电池作为能源，尾部为一对水平舵和一对垂直舵，单桨推进，可携带惯导设备、探测声纳、水下摄像机、深度计等设备，设计巡航速度约 2 节。首先建立适合描述水下机器人空间运动的坐标
水下机器人发展趋势 关键词：水下机器人、智能水下机器人、智能体系、运动控制、通讯导航、探测识别、高效能源 随着人类海洋开发的步伐不断加快，水下机器人技术作为人类探索海洋最重要的手段得到了空前的重视和发展。作者对水下机器人进行了定义与分类。介绍了近年来国内外水下机器人的发展现状与发展趋势，重点针对智能水下机器人的主要关键技术及未来发展方向进行了分析。地球的表面积为5．1亿km2，而海洋的面积为3．6亿km2。占地球表面积71％的海洋是人类赖以生存和发展的四大战略空间——陆、海、空、天中继陆地之后的第二大空间，是能源、生物资源和金属资源的战略性开发基地，不但是目前最现实的，而且是最具发展潜力的空间。作为蓝色国土的海洋密切关系到人类的生存和发展，进入21世纪后，人类更加强烈的感受到陆地资源日趋紧张的压力，这是人类面临的最现实的问题。海洋即将成为人类可持续发展的重要基地，是人类未来的希望。水下机器人从20世纪后半叶诞生起，就伴随着人类认识海洋、开发海洋和保护海洋的进程不断发展。专为在普通潜水技术较难到达的区域和深度执行各种任务而生的水下机器人，将使海洋开发进人一个全新的时代，在人类争相向海洋进军的21世纪，水下机器人技术作为人类探索海洋最重要的手段必将得到空前的重视和发展[1]。 1海洋对人类的重要性
海洋作为蓝色国土，首先是一个沿海国家的“门户”，是其与远方联系的便捷途径，并且“门户”的安全是国家安全的重要组成部分，早在2 500多年前古希腊海洋学家锹未斯托克就提出过“谁控制了海洋，谁就控制了一切”。很久以来人们就依赖于海洋航道进行大量的物品贸易，现在整个世界大部分的货物运输都依赖于海上运输，海洋运输是整个经济正常运转必要的一环。更重要的是，现在很多国家的石油、矿石等最基本的生产资料大部分都依赖于海洋运输，海洋运输的安全和对海洋的控制力成为一个国家生存的基本保障。 近年来再次掀起海洋热的浪潮是因为陆上的资源有限，很多资源已经开发殆尽，而海洋中蕴藏着丰富的能源、矿产资源、生物资源和金属资源等，人们急需开发这些资源以接替所剩不多的陆上资源来维持发展。更为重要的是，地球上半数以上面积的海洋是国际海域，这些区域内全部的资源属于全体人类，不属于任何国家。但目前的现状是只有少数国家有能力对这些资源进行初步开采，这些国家在其已探明的区域拥有优先开采权，相对于那些没有能力开采的国家这几乎就等于独享这部分资源。因此海洋已经成为国际战略竞争的焦点，争夺国际海洋资源是一项造福子孙后代的伟大事业。所以水下技术成为目前重点研究的高新技术之一，智能水下机器人作为高效率的水下工作平台在海洋开发与利用中起到至关重要的作用。 2水下机器人的定义与分类
24 | 电子制作 2019年02月 国各项海洋技术都得到了大幅度的发展，水下机器人是海洋开发技术的重要技术之一。水下机器人可在被严重污染环境、危险程度高的环境以及可见度为零的水域代替人工在水下长时间作业，具有良好的工作能力。同时，水下机器人在石油开发、科学研究、海底地貌勘察、水下实施检查和军事等领域也得到了广泛应用。1 水下机器人的定义和分类 水下机器人也称作无人水下潜水器，它可以在水下代替 人类完成某些复杂任务。水下机器人的分类方式有很多种，通常可以分为载人水下机器人(HOV)，遥控机器人(ROV) 和智能水下机器人(AUV)三类，见表1。表1 水下机器人的分类类型特点缺点代表HOV 人 机协作、精准操作、实时通信成本高、活动环境受限、对工作人员有危险 蛟龙号、深海勇士、探索者ROV 信息传播能力强、水面基站提供动力电缆脆弱、活动范围小海马号、海星6000 AUV 灵活性强、安全性能高、隐蔽性好、活动范围大、智能性高通信技术有限、回收工作困难、能源有限CR-01、CR-02、潜 龙一号、潜龙二号2 国内外水下机器人研究现状 ■2.1 载人水下机器人发展现状 载人水下机器人包括蛟龙号和深海勇士号等。蛟龙号载 人潜水器是中国自行设计、自主集成研制的第一台作业型深海载人潜水器，在2012年6月，蛟龙号创造了下潜7062 米的中国深潜载人记录。深海勇士号载人潜水器是中国第二台深海载人潜水器，它可以下潜到水下4500米处进行作业。 ■2.2 遥控机器人发展现状遥控机器人包括海马号、海星6000等。海马号是我国 自主研制的首台4500米级深海遥控无人潜水器作业系统， ■2.3 智能水下机器人发展现状智能水下机器人包括包括AUV 以及水下滑翔机（UG）等，潜龙一号是由中科院沈阳自动化所联合中科院声学所、哈工程大学研制的AUV，深入水下6000米，可以在水下工作中完成了探测海底地形地貌等一系列任务。潜龙二号是以中科院沈阳自动化作为技术总体单位，与多个研究所共同研制的水下机器人，可以用于多金属硫化物等深海矿产资源的勘探作业。“海燕-II”是由天津大学研发的一款水下滑翔机，针对于工作深度、航行速度等方面实现优化发展。“海翼”深海UG 是中国科学院沈阳自动化研究所在2017年研制出的一款7000米级水下机器人。天津大学研制的“海燕-10000”以8213 米的深度创造深海UG 的世界纪录。 ■2.4 国外研究情况国外一些国家对AUV 的研制开始较早，有较长的发展历史，在近代的海上工作中发挥了巨大作用。主要AUV 包括:REMUS 6000（挪威Kongsberg 公司）、Blue?n21（美国Hydroid 公司）、Autosub 6000（英国南安普顿国家海洋中心）、SeaBed AUV（美国伍兹霍尔研究所）等[1]。3 水下机器人关键技术研究概述 ■3.1 智能控制技术3.1.1 智能控制智能控制是一个由人工智能、自动控制和运筹学的交叉构成的交叉学科。近年来，智能控制技术成为水下机器人发展的一个重要技术。水下机器人难于控制的原因有几个方面，水下机器人在运行中收到海流等外界极不稳定环境因素的干扰，使其控制变得更加困难；水下机器人各项参数的高度的非线性的特点；水下机器人的水动力性能在不同的海洋环境下会改变较明显；海底水下机器人水动力系数难以测量，不能获得一个较为准确的数据；水下机器人体积大、