复杂水域作业机器人关键技术创新及应用

一、该项目属于自动控制技术领域。

二、主要发明内容和特点：

中小型水下作业机器人因其机动灵活、能在一定危险水域长时间工作等特点，成为水下反恐、水下检测和水下勘探等作业的主要任务承担者。机器人在水下执行监测等各种作业任务时，必须保持姿态、位置和运动状态的相对稳定，以便能够快速、高效、可靠地完成相关测量、监测和机械手操作等作业。然而，在复杂水域，水下作业机器人不可避免地受到复杂涌流干扰，使其运动状态发生剧烈改变，出现姿态控制不稳定、位置漂移、定深定航偏差等控制问题，可能导致作业失败等状况，从而无法圆满完成作业任务。因此，复杂水域涌流干扰问题已经成为制约中小型水下机器人作业应用和产业化发展的瓶颈。

该项目从涌流检测分析和建模入手，开展抗涌流机构创新和控制算法研究，以实现复杂水域作业机器人稳定可靠工作。具体包括以下几点：

1. 采用复合机构系统实现涌流综合在线多参量检测和建模，为水下机器人在复杂水域中的涌流冲击扰动特性提供技术检测手段；采用多变焦立体模拟系统可以实现不同类型涌流的模拟测试。
2. 采用姿态内控制运动调节机构和变胞机构构建多模平衡调节系统，配合分形技术、多传感器技术融合多模控制算法实现水下机器人抗扰动主动稳定控制。
3. 基于开架式构架构建水下作业机器人通用平台，融合机械臂作业系统、多传感器系统、水下摄像系统和水下定位系统等多元探测作业系统，采用多任务管理综合平台实现复杂水域作业机器人多任务稳定作业。

该项目以突破涌流扰动为入口，通过高校与企业相结合，求实创新，以技术发明为突破口，以产业升级为契机，开展了深入研究和技术研发，取得了一系列的创新成果。

根据教育部科技查新工作站查新报告，“查新点，....，未见有与该项目查新点内容完全相同的文献报道”。

该项目已获得国家发明专利授权35项，已获得实用新型专利授权4项，公开或实审发明专利12项，发表相关技术论文55篇。

三、应用推广情况：

该项目相关技术成果转化程度高，相关技术产品的中小型水下机器人具有灵活度高、定制性强、应用面广的特点，被大量地应用于国内外大型桥梁检测、水库大坝检测、公安水下反恐、缉毒、军队水下作战训练、水下地质勘探和新媒体水下新闻采集等等，为国家的公共安全提供了技术保障，成为国内中小型水下机器人产业化发展的先行者和标杆。该项目相关技术产品操作便捷、系统性能可靠稳定，获得了广大应用单位的认可和好评。应邀参加中央宣传部和国家发展改革委等部委主办的“砥砺奋进的五年大型成就展”。同时获得CCTV的报道和表彰。近三年项目新增产值超2亿元，新增利润达3972万元，取得了很好的社会经济效益。该项目相关技术产品远销挪威、西班牙、智利和印度等国，实现出口创汇。

一、该项目属于自动控制技术领域。 二、主要发明内容和特点： 中小型水下作业机器人由于其机动灵活、可在一定危险水域长时间工作等特点，成为水下反恐、水下检测和水下勘探等作业的主要任务承担者。机器人在水下执行监测等各种作业任务时，必须保持姿态、位置和运动状态的相对稳定，以便能够快速高效可靠地完成相关测量、监测和机械手操作等作业。然而，在复杂水域，水下作业机器人不可避免地受到复杂涌流干扰，使其运动状态发生剧烈改变，出现姿态控制不稳定、位置漂移、定深定航偏差等控制问题，可能导致作业失败等状况，从而无法圆满完成作业任务。由此，复杂水域涌流干扰问题已经成为制约中小型水下机器人作业应用和产业化发展的瓶颈。 该项目从涌流检测分析和建模入手，开展抗涌流机构创新和控制算法研究，以实现复杂水域作业机器人稳定可靠工作。具体包括以下几点： 1、采用复合机构系统实现涌流综合在线多参量检测和建模，为水下机器人在复杂水域中的涌流冲击扰动特性提供技术检测手段；采用多变焦立体模拟系统可以实现不同类型涌流的模拟测试。 2、采用姿态内控制运动调节机构和变胞机构构建多模平衡调节系统，配合分形技术、多传感器技术融合多模控制算法实现水下机器人抗扰动主动稳定控制。 3、基于开架式构架构建水下作业机器人通用平台，融合机械臂作业系统、多传感器系统、水下摄像系统和水下定位系统等多元探测作业系统，采用多任务管理综合平台实现复杂水域作业机器人多任务稳定作业。 该项目以突破涌流扰动为入口，通过高校与企业相结合，求实创新，以技术发明为突破口，以产业升级为契机，开展了深入研究和技术研发，取得了一系列的创新成果。 根据教育部科技查新工作站查新报告，“查新点，....，未见有与该项目查新点内容完全相同的文献报道”。 该项目已获得国家发明专利授权35项，已获得实用新型专利授权4项，公开或实审发明专利12项，发表相关技术论文55篇。 三、应用推广情况： 该项目相关技术成果转化程度高，相关技术产品的中小型水下机器人具有灵活度高、定制性强、应用面广的特点，被大量地应用于国内外大型桥梁检测、水库大坝检测、公安水下反恐、缉毒、军队水下作战训练、水下地质勘探和新媒体水下新闻采集等等，为国家的公共安全提供了技术保障，成为国内中小型水下机器人产业化发展的先行者和标杆。该项目相关技术产品操作便捷、系统性能可靠稳定，获得了广大应用单位的认可和好评。应邀参加中央宣传部和国家发展改革委等部委主办的“砥砺奋进的五年大型成就展”。同时获得CCTV的报道和表彰。近三年项目新增产值超2亿元，新增利润达3972万元，取得了很好的社会经济效益。该项目相关技术产品远销挪威、西班牙、智利和印度等国，实现出口创汇。