用于导管架检测的rov路径规划分析

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1、第一章绪论1．2研究现状1．2．1遥控潜水器潜水器，是一种能够潜入水下工作的器械，是水下移动机器人的一种。潜水器种类繁多，按照用途，潜水器分为军用、民用、商用、科研考查用、特殊用途潜水器；按照是否载人，潜水器分为载人潜水器和无人潜水器；按照重量及大小，有小型潜水器、中型潜水器和大型潜水器；按照工作方式，潜水器分为观察型潜水器和作业型潜水器；按照是否有脐带缆，潜水器分为有缆遥控潜水器和无缆遥控潜水器；按照控制方式【11，潜水器可分为遥控潜水器(ROV)和自治式潜水器(autonomousunderwatervehicle，A

2、UV)两种。遥控潜水器(ROV)是由操作人员在水上遥控操作的水中作业系统，它能够在水面及以下空间中自由航行，并通过一个或几个多功能机械手携带不同工具完成不同的水下作业任务。目前世界上数量最多、应用最广的潜水器为无人有缆遥控潜水器。有缆遥控潜水器的最大优点是潜器所需动力可由母船补充，使潜器续航能力不受自身携带电池容量的限制，可以减小潜器体积，通过缆绳传递信号，可实时控制潜水器的运动状态，及时处理目标信息。其不足是缆绳长度有限，潜水器活动范围较小，容易造成脐带缆水下缠绕故障。19世纪20年代，人类开始潜水器的研制工作，一直到6

3、0年代，主要是向深度挑战，截至到1955年，潜水器下潜的最大深度【2】是10913m，地点在太平洋马里亚纳海沟，这个海沟是地球上最深的深渊，其深度比世界的最高峰埃佛勒斯峰(喜马拉雅山主峰之一，中国称珠穆朗玛峰)还要多2000多米。在马里亚纳海沟这样一个冰冷、黑暗又泥泞且一般压力是地球表层压力1000倍以上的地方，潜器采集到了180多种【3】不同种类的微生物样本。ROV的发展大致经历两个阶段：1953年～1974年，ROV尚未形成商业市场，几乎所有的ROV都是由海军和研究机构投资研制，用于民用的约占50％：1974年以后，受

4、两次石油危机的影响，油价的提高，近海石油开采发展迅猛，ROV开始取代载人潜水器和潜水员承担大量的水下作业，推动了商业ROV的迅猛发展。到1998年，世界ROV的数量就已发展到500多艘，其中90％用于石油平台作业。如今，在技术和各方面需求的推动下，遥控潜水器在国外已经得到了广泛应用。世界上每年制造的遥控潜水器比1974年以前制造的遥控潜水器总和还要多，且商用和民用ROV达到90％以上。2我国ROV的研制工作起步较晚，70年代中期，当国外新一代无人遥控潜水器的发展达到了鼎盛时期、遥控潜水器的突出作业能力及商业应用受到各国广泛

5、青睐的时候，我国才较大规模地开始了潜水器的研制工作。经过多年的研究和应用，到目前为止．我国在该技术领域，也积累了一些经验，并取得一定的成果。199：5年“哥哥”CR-0I型6000m自治水下机器人的诞生，标志着我国水下机器人技术的总体水平跨入世界先进行列，成为世界上拥有这项技术和设备的少数国家之一。但是，我国自主研制的潜水器一般为科研产品，极少能复制，无法批量生产，无法满足商业需要，也很难用于石油平台作业。因此，目前国内石油平台作业中使用的潜水器，基本是从国外引进。用于海洋工程作业的遥控潜水器，一般分为观察型、作业型和综合

6、型三种，如图1-1所示。其中，图(a)为三种不同型号和不同功能的观察型ROV，图∞为作业型ROV，图(c)为综合型ROV。观察型潜水器一般体积较小，功能较少，价格在5—10万美金：综合型潜水器一般体积较大，功能较多，价格在400万美金左右：作业型潜水器介于二者之间。MdM坩k㈨(b)Sup,H-rdohawk(t)Camanehe圈1-1三尧遥控潜水器F蟾1-1ThreeT呐0fm舯。崎O砷rltalVelm[eROV系统海上现场作业时，需要克服海流、波浪等时变因素的影响，且活动范围文穗一。壁、一j建

7、

8、国～妒第一章绪论较

9、大，克服环境载荷也较大。因此，ROV系统可靠性、可维护性和操作方便性在石油平台作业过程中显得非常关键。目前，大多数海洋工程服务公司所使用的遥控潜水器为第二代或者第三代产品，潜水器性能和自动化程度还比较低，例如水下定位系统的定位精度一般在3-5m，稳定性较差等。动力定位(dynamicpositioning，DP)系统是能够保证ROV稳定性的关键，该系统在水面航行器中的应用已有20多年的历史，并取得了显著成果，在自治式遥控潜水器(AIⅣ)中也有所应用，但是，目前大多数商用ROV还不具备动力定位的功能。ROV的最新研制产品为第

10、五代产品，这种新型产品已经具备了动力定位(DP)、矢量控制及光纤传输等功能，能够自动克服水下动力的影响，根据(X，Y，Z)坐标，运用自身的推进系统和传感器精确地移动到目的地，进行平稳的航行和作业。定位精度达到lm以内，自身稳定性控制在ldm以内，测量精度在1em以内。随着科学技术的不断发展，潜水器各项性