机器人毕业设计前期报告.doc
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1、本科毕业设计(论文)前期报告毕业设计(论文)题目:水下机器人车载机械手专业(方向):机械设计制造及自动化学 生 信 息: 学号: 姓名: 班级:指导教师信息: 教师号: 姓名: 职称:报告提交日期:内容要求: 一、课题研究背景:1.1水下机器人的研究背景地球的表面积为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。1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
2、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。1 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
3、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。11.2日本地震引发的核泄漏2011年3月11日日本关东发生九级大地震。大地震以及随之而来的海啸、大火吞噬了至少两万人的生命,但人们还能井然有序守望相助。随之而来的福岛第一核电站发生爆炸,放射性物质泄漏,不仅给日本国民带来核射线伤害,而且引发了周边国家民众的核恐慌。2日本核泄漏造成的影响是巨大的,其影响时间也是长远的。福岛核事故后,由于工作人员无法进入反应堆内查看详情,不仅不能获得及时信息,也无法对反应堆进行及时修复,降低损失。日本核事故给我们带来了很多教训,现在自然灾害频发,我们不得不深思,引以为戒。因此,从这个方面来看,水下耐
4、核辐射机器人的研究非常有必要,而且具有很大的实用前景。二、国内外发展现状智能水下机器人是将人工智能、自动控制、模式识别、信息融合与理解、系统集成等技术应用于传统的载体上,在无人驾驶的技情况下自主完成复杂海洋环境中预定任务的机器人。32.1国外发展现状国外水下机器人技术的发展,主要以美国、日本以及西方发达国家为代表,他们的发展技术几乎可以代表了全世界水下机器人技术的发展水平。著名的研究机构有麻省理工学院MIT Sea Grants AUV实验室、美国海军研究生院智能水下运载研究中心、美国五慈侯海洋学院、美国佛罗里达大西洋高级海洋系统实验室、日本东京大学机器人应用实验室、英国海事技术中心等。4美国
5、是最先发展水下机器人的国家,他们掌握着水下机器人较高的技术水平。由美国海军研究生院的Phoenix AUV和性能更优越的Aries AUV,主要用于研究智能控制、规划与导航、目标识别等技术。5日本凭借其在智能机器人方面的发展优势,在水下机器人方面也不甘落后,取得了突跃式进步,并成为这个领域的佼佼者。日本对于无人有缆的潜水器研制比较重视,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。欧洲方面根据欧洲尤卡里计划,英国、意大利将联合研制无人遥控水下机器人。这种潜水器性能优良,能在6000米水深持续工作250个小时,比现在正在使用的只能在40
6、00米水深持续工作12个小时的机器人性能优良的多。2.2国内水下机器人发展现状我国从上世纪70年代开始较大规模地开展潜水器研制工作,起步较其他发达国家晚了很多,但在过去的几十年内,我国水下机器人技术的发展还是取得了很大的进步,并取得了一些重要成果。我国先后研制成以援潜救生为主的7103艇(有缆有人)、型救生钟(有缆有人)、QSZ单人常压潜水器(有缆有人)、8A4水下机器人ROV(有缆无人)和军民两用的HR-01 ROV,RECON IV ROV及CR-01 A 6000m水下机器人 AUV(无人无缆)等,使我国潜水器研制达到了国际先进水平4 。2011年7月26日上午,中国载人潜水器“蛟龙号”
7、在第二次下潜试验中成功突破5000米水潜大关,最大下潜深度达到5057米。创造了中国载人深潜新的历史,“蛟龙号”载人潜水器5000米深潜成功,意味着中国载人深潜水平已位居世界前列。标志着中国具备了达到全球70%以上海洋深处进行作业的能力,极大增强了中国科技工作者进军深海大洋、探索昂奥秘的信心和决心。同时,在第14届国际无人水下机器人竞赛中,我国获得第十二名的优异成绩,创亚洲最好成绩排名,领跑日本、印度。这同样也说明了我国的水下机器人技术已基本达到世界先进水平。3.水下机器人发展趋势21世纪将是海洋的世纪,随着技术的进步,各式各样的水下机器人将以更快的速度发展起来看,将采用遥控、监控、预编程、局
8、部自治或其组合等,这会使水下机器人的应用更加广泛。随着陆地资源和能源的日益缺乏,越来越多的科学家开始把目光转向海洋,这无疑会极大促进水下机器人技术的发展,在未来,那个能率先掌握更发达的水下机器人技术,他就会掌管巨大的海底资源。但是目前水下机器人技术方面还存在一些难题16。例如水下遥控机器人水下数据率的信息传输仍无法以无缆的形式彻底解决。5,未来水下机器人发展趋势有以下几点:一是水深普遍在6000米;二是操纵控制系统多采用多功能,力反馈监控系统;三是更加注重模块化;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。五是智能化,吸收人工智能运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学生理学和混沌
9、动力学等新思想、新方法模拟人类智能,使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力,以求得到更高的控制目标。6六是绿色化,使用时不污染环境,报废后能回收利用。7七是系统化,水下机器人的系统可以灵活组态, 进行任意剪裁和组合, 同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理,使通信功能的大大加强。8此外,水下机器人的小型化和复杂条件作业,以及提高其观察能力都是其未来发展方向。三、本课题要求1.1总体要求核电站多功能水下爬行机器人在高放射性的水池池底能够水平行走、自由转向,携带不同机械执行机构完成不同的作业任务,具备耐辐射高清摄像能力和视觉信号实时传输、处理功能,机器人本体根据各类传感器信息对现场环境进行分析
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