兩棲機(jī)器人的研究現(xiàn)狀

天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 天津 ?300400

摘要：隨著現(xiàn)代社會不斷地向前飛速發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)與人類的生活建立了不可分割的關(guān)系。兩棲機(jī)器人是機(jī)器人的一種，由于它是對稱的結(jié)構(gòu)，所以在環(huán)境適應(yīng)性以及運動穩(wěn)定性上都具有很大的優(yōu)勢，并且已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各種領(lǐng)域中。因此對于兩棲機(jī)器人的研究已經(jīng)成為機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個熱門話題。

關(guān)鍵詞：兩棲;機(jī)器人;研究現(xiàn)狀

生產(chǎn)力水平不斷提高，推動了科技文明的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，人類在短短的二十年內(nèi)，先后經(jīng)歷了PC電腦時代、互聯(lián)網(wǎng)時代、移動互聯(lián)網(wǎng)時代，科技創(chuàng)新和變革已經(jīng)深入影響了人們的生活，與此同時機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展正在逐漸的改變?nèi)藗兊纳罘绞?。兩棲機(jī)器人由于其創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)，優(yōu)良的運動特性對于諸多種類的機(jī)器人系統(tǒng)是一個重要的補充單元。近些年來，國內(nèi)外諸多研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)公司加大了對兩棲機(jī)器人的投入產(chǎn)出研究，取得了一定的成果并開發(fā)了一系列機(jī)器人樣機(jī)[1]。

眾所周知，占地球表面積71%的海洋環(huán)境是一個豐富而遠(yuǎn)未得到大力開發(fā)的資源寶庫，同時也是兵戎相見的戰(zhàn)場。21世紀(jì)，人類將面臨人口極速膨脹和生存空間、陸地資源匱乏和社會生產(chǎn)飛速增長、生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化和人類可持續(xù)發(fā)展三大嚴(yán)峻的矛盾挑戰(zhàn)，人類社會要想持續(xù)維持自身的長期生存、繁衍和發(fā)展，就必須有效充分的利用和開發(fā)海洋資源，這是迫在眉睫的抉擇。尤其對人均資源缺乏的我國來說，海洋資源的利用和開發(fā)愈發(fā)具有特殊的意義。因此，水下機(jī)器人將在海洋環(huán)境的監(jiān)測、海洋資源的勘察、海洋科學(xué)的研究中發(fā)揮極其重要的作用。水下機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷的擴(kuò)大和突破，例如海洋開發(fā)、海洋研究以及海洋工程等，在當(dāng)今世界上，發(fā)達(dá)的軍事大國更是特別注重水下機(jī)器人在未來戰(zhàn)爭中的廣泛應(yīng)用，水下機(jī)器人也將成為未來水下戰(zhàn)爭中在獲取情報信息、實施精確智能攻擊、完成特殊戰(zhàn)斗任務(wù)的重要軍事設(shè)備之一。當(dāng)前水下機(jī)器人也正處在飛速發(fā)展的階段之中[2]。

機(jī)器人自誕生到現(xiàn)在發(fā)生了飛速的發(fā)展，已經(jīng)在多個領(lǐng)域中取代了人類的工作。機(jī)器人的性能對執(zhí)行任務(wù)的能力有著很大的影響。先進(jìn)微處理器和智能控制的出現(xiàn)，使得機(jī)器人越來越多應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。近些年，傳感器技術(shù)、自主控制、導(dǎo)航定位、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷創(chuàng)新完善和飛速發(fā)展促進(jìn)兩棲機(jī)器人在續(xù)航時間，環(huán)境適應(yīng)性，人機(jī)交互，機(jī)動靈活性，運動速度等方面的性能持續(xù)不斷的得到大幅度提高。歐美一些發(fā)達(dá)國家相繼開發(fā)了智能化程度高、操作靈活、使用領(lǐng)域廣的軍用機(jī)器人能。同時為了滿足海上登陸作戰(zhàn)中的兩棲偵查、數(shù)據(jù)傳遞、障礙物爆破等工作要求，一些小型的兩棲機(jī)器人應(yīng)運而生。同時兩棲機(jī)器人由于其廣泛的作戰(zhàn)領(lǐng)域、超強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力、便于投放和回收，其可以充當(dāng)水陸偵察系統(tǒng)、武器裝備、信息傳輸?shù)妮d體，在數(shù)百里的水下空間完成環(huán)境探測、目標(biāo)識別、情報收集和數(shù)據(jù)通信，應(yīng)用前景十分廣闊。同時對于海洋資源的開發(fā)和利用，海底石油的開采、水下管道設(shè)施的維修，魚群的誘導(dǎo)都扮演著舉足輕重的作用。因此，發(fā)展兩棲機(jī)器人，對提升國家先進(jìn)制造水平、大力開發(fā)海洋資源和維護(hù)國家海洋戰(zhàn)略，將發(fā)揮巨大的作用[3]。

隨著制造業(yè)成本的降低，低功耗控制芯片的誕生大大促進(jìn)兩棲機(jī)器人在機(jī)動靈活性、復(fù)雜地形適應(yīng)性、續(xù)航時間、速度穩(wěn)定性，人機(jī)交互與信息融合等多方面性能的提升，使得兩棲機(jī)器人更加的集成性和智能化。兩棲機(jī)器人可以適合在多種復(fù)雜地形和水下環(huán)境作業(yè)，并具有良好的運動性能。通過攜帶一些導(dǎo)航設(shè)備、傳感器、工具、機(jī)械手等，使其能夠更好地應(yīng)用于水雷探測、搜索救援、地形測繪、水下生態(tài)環(huán)境監(jiān)控等特殊環(huán)境和場合。因而，兩棲機(jī)器人具有深遠(yuǎn)的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。經(jīng)過多年的飛速發(fā)展，兩棲機(jī)器人主要應(yīng)用在導(dǎo)航定位、自動駕駛、測量設(shè)備和能源、自診斷和故障處理等方面，具有隱蔽性好，機(jī)動靈活，活動范圍較大的特點，而且結(jié)構(gòu)比較簡單、尺寸較小、造價低，被廣泛地應(yīng)用于民用和軍事領(lǐng)域。

在過去的幾十年中，國外的科研機(jī)構(gòu)起步相對較早，其中以美國、加拿大、英國等發(fā)達(dá)國家為代表，它們的相關(guān)學(xué)術(shù)研究已經(jīng)步入了世界的先進(jìn)行列，取得的科研成果也較多。盡管大部分只是為了用于實驗測試，但是隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和需求的持續(xù)增強(qiáng)，用于軍事作戰(zhàn)和海洋開發(fā)的兩棲機(jī)器人不斷開發(fā)問世和創(chuàng)新發(fā)展。由于兩棲機(jī)器人具備在軍事領(lǐng)域極大提高作戰(zhàn)效率的優(yōu)勢，各個國家都十分重視兩棲機(jī)器人在軍事用途上的研發(fā)。

目前國內(nèi)研究和開發(fā)兩棲機(jī)器人的單位還是比較多的，內(nèi)容也是五花八門，百花齊放的。但是能夠代表國內(nèi)先進(jìn)水平的、真正地進(jìn)入到實質(zhì)性試驗階段的單位還是相對比較少的。研究比較好的是：中船重工715所研發(fā)的拖曳式水下機(jī)器人，上海交通大學(xué)研發(fā)的遙控式水下機(jī)器人，中科院沈陽自動化所研發(fā)的無人無纜水下機(jī)器人和哈爾濱工程大學(xué)研發(fā)的智能水下機(jī)器人等等

雖然國內(nèi)外研究團(tuán)隊在兩棲機(jī)器人的研究方面已經(jīng)取得了重大的突破，但是目前仍然存在一些問題有待解決：

1、大多數(shù)的兩棲機(jī)器人的體積過于偏大，不利于機(jī)器人在狹窄的海域操作，同時有的機(jī)器人重量過重，不利于機(jī)器人靈活移動。

2、針對復(fù)雜的兩棲機(jī)器人系統(tǒng)，對它們穩(wěn)定性的理論分析比較少，不利于實現(xiàn)機(jī)器人的穩(wěn)定操作。

3、多數(shù)兩棲機(jī)器人只能在比較單一的領(lǐng)域進(jìn)行運動，運動方式也比較單一，不能實現(xiàn)水陸兩種環(huán)境中作業(yè)，所以其不能適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境。

4、部分兩棲機(jī)器人采用螺旋槳推進(jìn)，噪聲比較大，所以隱蔽性比較差，而且會對水下的生態(tài)環(huán)境造成不好的影響。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱大奇著. 水下機(jī)器人故障診斷與容錯控制技術(shù). 國防工業(yè)出版社，2012： 1-3.

[2] 黃海編著. 遙控潛水器的控制體系結(jié)構(gòu)及作業(yè)技術(shù). 國防工業(yè)出版社，2011： 1-2.

[3] 陳亮. 一種新型的水陸兩棲球形機(jī)器人的研究[D]. 北京郵電大學(xué)，2012.

姓名：武國強(qiáng)，1991.03.06，男，籍貫：山西省孝義市，碩士研究生，助教，研究方向：人工智能，單位：天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院。