当前位置:文档之家› 巨鱿仿生水下机器人

巨鱿仿生水下机器人

浙江海洋学院“巨鱿”水下机器人“Architeuthis Dux” Underwater Vehicle船舶与海洋工程--智慧海洋研发团队2012-6-1——2012-8-29起点终点第一期,挑战竞赛设计Underwater Vehicle 设计要求比赛场地:海洋航行器按申报功能进行5分钟的实航。

室内游泳池(长50米,宽21米,深2米,池壁等间距布设8台水下摄像机)。

比赛场地上有若干限宽门,门宽1m ,高度为从池底起出水0.5m ,涂装醒目的颜色。

比赛中除非航行器沉底,否则不得人工干预比赛。

起点--终点限宽门布设图→→→技术要求,各种设计不做限制。

动力装置:鼓励采用除螺旋桨之外的推进器;姿态控制:鼓励采用除鳍舵之外的姿态控制方式;控制方式:鼓励采用除人工遥控控制之外的控制方式;数据传输:安装数据链路,在地面实时显示航行轨迹。

系统使用频率要求:系统使用频率应符合国家无线电管理委员会的频率分配规定,参赛者应在规定时间上报系统使用频率,一经上报不能改变。

现场不能随意开机,届时赛场将备扫频仪和GPS 信号监视设备,违例将被取消参赛资格。

评分要点:根据航行器航行姿态、航线航行、穿越限宽门(或避障碍)、动力方式、航行控制的方式、航行控制的精确性和稳定性、抗过载结构设计等内容评分,设加分项。

分值包含航行评分、功能评分,系评分项加分项 1.使用新型推进方式 5-10 2.使用新型导航控制方式 5-10 3.装载前视或下视或侧视摄像装置,且可实时下传图像供地面显示 3-5 4.具备下潜持续航行能力 2-5 5.总体设计新颖 2-5 6.加工水平 2-5 7.航海文化创意 1-5 8.其它功能(每项) 1-21海底矿产概要海洋中蕴藏着丰富的生物资源和矿产资源,随着陆地资源的枯竭,海洋资源的开发利用对人类发展和社会进步的推动作用越趋明显。

矿产种类可以毫不夸张地说,海洋中几乎有陆地上有的各种资源,而且还有陆地上没有的一些资源。

目前人们已经发现的有以下六大类:1、石油和天然气据估计,世界石油极限储量1万亿吨,可采储量3000亿吨,其中海底石油1350亿吨;世界天然气储量255~280亿立方米,海洋储量占140亿立方米。

上世纪末,海洋石油年产量达30亿吨,占世界石油总产量的50%。

我国在临近各海域油气储藏量约40~50亿吨。

由于发现丰富的海洋油气资源,我国有可能成为世界五大石油生产国之一。

2、煤铁等固体矿产世界许多近岸海底已开采煤铁矿藏。

日本海底煤矿开采量占其总产量的30%;智利、英国、加拿大、土耳其也有开采。

日本九州附近海底发现了世界上最大的铁矿之一。

亚洲一些国家还发现许多海底锡矿。

已发现的海底固体矿产有20多种。

我国大陆架浅海区广泛分布有铜、煤、硫、磷、石灰石等矿。

3、海滨砂矿海滨沉积物中有许多贵重矿物,如:含有发射火箭用的固体燃料钛的金红石;含有火箭、飞机外壳用的铌和反应堆及微电路用的钽的独居石;含有核潜艇和核反应堆用的耐高温和耐腐蚀的锆铁矿、锆英石;某些海区还有黄金、白金和银等。

我国近海海域也分布有金、锆英石、钛铁矿、独居石、铬尖晶石等经济价值极高的砂矿。

4、多金属结核、富钴锰结核多金属结核含有锰、铁、镍、钴、铜等几十种元素。

世界海洋3500~6000米深的洋底储藏的多金属结核约有3万亿吨。

其中锰的产量可供全世界用18000年,镍可用25000年。

我国已在太平洋调查200多万平方千米的面积,其中有30多万平方千米为有开采价值的远景矿区,联合国已批准其中15万平方千米的区域分配给我国作为开辟区。

富钴锰结核储藏在300~4000米深的海底,容易开采。

现在美、日等国已设计了一些开采系统。

海底矿产资源是指赋存于大洋海底表层的沉积物中的多金属结核(又称锰结核)矿产。

大洋锰结核这一巨大的潜在矿产,广泛分布于世界的洋底。

由于其形态和成分上的特征各异,人们通常又把它称为锰结核、锰团块、锰矿球,或锰瘤等。

它人多产于海底表层,赋存的海域主要为水深3000~5000米的深海平原、海沟、海谷、海底火山和群岛附近。

开采海底矿产锰结核矿的最大特点是蕴藏量巨大,所含的稀贵金属铜、钴、镍又多。

仅就太平洋海域而言,据梅洛和梅纳德估计;其蕴藏量达16000多亿吨,约含锰2000多亿吨,铜50多亿吨,镍90多亿吨,钴30亿吨,相当于陆地矿山中储有铜的50倍,锰的200倍,镍的600倍,钴的3000倍。

如果考虑到大洋锰结核矿如此大的储量,而且还在继续增长,可以毫不夸张地说,深海大洋锰结核矿是人类“用之不竭的资源”。

5、热液矿藏热液矿藏是一种含有大量金属的硫化物,海底裂谷喷出的高温岩浆冷却沉积形成,已发现30多处矿床。

仅美国在加拉帕戈斯裂谷储量就达2500万吨,开采价值39亿美元。

6、可燃冰是一种被称为天然气水合物的新型矿物,在低温、高压条件下,由碳氢化合物与水分子组成的冰态固体物质。

其能量密度高,杂质少,燃烧后几乎无污染,矿层厚,规模大,分布广,资源丰富。

据估计,全球可燃冰的储量是现有石油天然气储量的两倍。

在上世纪日本、前苏联、美国均已发现大面积的可燃冰分布区。

我国也在南海和东海发现了可燃冰。

据测算,仅我国南海的可燃冰资源量就达700亿吨油当量,约相当于我国目前陆上油气资源量总数的1/2。

在世界油气资源逐渐枯竭的情况下,可燃冰的发现又为人类带来新的希望。

由于人类对两极海域和广大的深海区还调查得很不够,大洋中海底矿产如何开采等待人类解决。

小型简易作业型ROV深水机器人ROV水下机器人概述随着石油、天然气等海洋资源的开发从近海延伸到深海,水下机器人(也称无人潜水器)因其安全、高效、作业深度大、能在水下长时间工作而日益成为开发海洋资源的重要工具。

按照无人潜水器与水面支持设备(母船或平台)间联系方式的不同,水下机器人可以分为两大类:一类是人远程遥控水下机器人,即遥控水下机器人(Remotely Operated Vehicle,ROV),通常有脐带缆;另一类是无缆水下机器人,即自动水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV),自带能源,依靠自身的自治能力来管理和控制自己。

小型的水下机器人为了减小行进阻力,减少动力消耗,通常采用玻璃纤维和金属板件将外表做成流线型,如鱼雷形或者球形。

而无缆水下机器人(Auv)由于携带的能源有限,为了增加水下操作时间,减少动力消耗,所以一般更加注意减少行进阻力,注意形体方面的优化。

ROV经济性好、下水出水灵活性高、环境适应性好、作业效率高、使用有效等优点,ROV通过与水面相联的脐带电缆获取能源,动力充足,作业时间不受能源的限制,可搭载较多的仪器设备;信息和数据的传递和交换快捷方便、数据量大;操作者在水上控制和操作,工作环境安全;其运行和控制等由水面功能强大的计算机、工作站与操作员通过人机交互的方式来进行,人的介入使得许多复杂的控制问题变得简单,可以实现实时控制潜水器的运动状态,实时观察潜水器探测的目标信息和声纳视频图像,作业效率更高,其总体决策能力和水平较高,应对环境能力更强。

此外,ROV没有电池舱,重量和体积要小于同级别的AUV,技术要求和成本也相对较低。

但其活动范围受到脐带电缆的制约,特别是在复杂水下环境下易造成缠绕事故,根据本比赛要求穿过多个限宽门,综合考虑采用无线遥控模式。

深水作业ROV观测ROV吊放“巨鱿号”ROV简介——用于海底矿产勘探和采样工作系统总体定位海底蕴藏巨量的贵重矿产资源,由于海底条件恶劣状况复杂,水下机器人(也称无人潜水器)因其安全、高效、作业深度大、能在水下长时间工作而日益成为开发海洋资源的重要工具。

本设计主要针对海底矿场资源勘测,钻探、取样的作业型机器人。

潜器尺寸:(长宽高)<1m*0。

6m*1。

5m结构材质:PVC塑料+不锈钢+ABS树脂+特种铝+钛合金+碳纤维浮力和压舱物:PVC泡沫浮体,开放式结构重量:约计75kg;有效载荷:15kg。

(基础ROV本体)推进器:4个直流无刷式推进器-2个水平方向(前进推动力11kg)-1个垂直方向,预留两电机接口(控制与驱动)压力补偿,用于推进器的电子重置过电流保护装置速度:水平2,8节,垂直1。

2节,侧向?节。

转圈率60度/秒。

摄像头:标准摄像头:彩色LL。

CCD,460TV线,0。

1lux。

附选:变焦摄像头,480TV线,1lux,机械臂:一台两自由度机械臂,预留一台三自由度机械臂位置与接口。

铅蓄电池:12V-20Ah电池四节。

外围附件:2个照明灯,主体无缆遥控:激光雷达定位、无线视频传输、无线微波遥控仿鱿鱼特性,仿生鱿鱼腹部为浮体材料,使得机器人能在海中沉浮,仿生腕足的多个机械手臂,能在海底各种作业。

例如进行海底表层钻探时,钻杆从主体中间深入海底,绕口周围多个机械臂如鱿鱼腕足牢牢的抓固在海底,保证钻探的稳定性;单个机械手臂可进行水下物品抓取采样;单个多个机械臂进行协作,如爬行动物一样在海底行走。

主体为圆锥形结构,上部为浮体,下部为主负载。

整体结构采用了分层式造型,整体分为顶层、中层和底层三层,两边辅以高强度的树脂边框。

顶层主要用来安装固定后面采用的浮力块,而中层主要用来安装固定装载有控制元件的浮力筒和悬挂推进器,下层主要是留出安装后续的扩展设备,譬如机械手,配重块之类。

三层的所有零件基本上都采用不锈钢饭金件,在保证强度的同时还能兼顾整体的美观。

侧视图俯视图设计灵感巨鱿Giant Squid(拉丁文Architeuthis Dux)。

鱿鱼是头足纲的软体动物,反应极为灵敏,行动十分迅速,巨大的身躯在海中矫健如飞。

头部两侧具有一对发达的眼和围绕口周围的有8只腕足和2条长长的用于进食的触角。

隐藏于它们吸盘中的微型钩子可以牢牢锁定猎物,捕食食物时用触腕缠住将其吞食。

鱿鱼喷射如水下火箭,行动迅速,腕足灵活自如,抓取物体。

提供足够浮力,巨型鱿鱼体内含有大量的氨。

8只腕足灵活自如触角上吸盘内倒刺牢牢抓住鱿鱼仿生鱿鱼特性,仿生鱿鱼腹部为浮体材料,使得机器人能在海中沉浮,仿生腕足的多个机械手臂,能在海底各种作业。

例如进行海底表层钻探时,钻杆从主体中间深入海底,绕口周围多个机械臂如鱿鱼腕足牢牢的抓固在海底,保证钻探的稳定性;单个机械手臂可进行水下物品抓取采样;单个多个机械臂进行协作,如爬行动物一样在海底行走。

主体为圆锥形结构,上部为浮体,下部为主负载。

整体结构采用了分层式造型,整体分为顶层、中层和底层三层,两边辅以高强度的树脂边框。

顶层主要用来安装固定后面采用的浮力块,而中层主要用来安装固定装载有控制元件的浮力筒和悬挂推进器,下层主要是留出安装后续的扩展设备,譬如机械手,配重块之类。

三层的所有零件基本上都采用不锈钢饭金件,在保证强度的同时还能兼顾整体的美观。

采用这种形式的整体框架主要是考虑到分层式结构在总体布置方面比较方便,层次分明,加挂和装换设备仪器比较容易,而且高强度的树脂边框(钛合金,碳纤维)还能起到围护、支撑和保护其他部件(推进器、浮力筒、摄像头等)的作用。

相关主题