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    什么是遥控水下航行器(ROV)?

    时间:2023-12-25 02:00:16  编辑:isky  来源:【友连航运】  浏览:255次   【】【】【网站投稿

    远程操作的水下航行器也称为ROV,是无人驾驶的,通常与操作员拴在一起。它是一种水下机器人,可以收集有关海底结构或热液喷口等地质构造的水下世界的数据。它采用远程遥控和自动化控制技术,操作安全、方便。观测级ROV用于海洋探索,并为研究和学习目的提供高清图像和高清视频。无人驾驶车辆配备了额外的设备,如水采样器、机械臂等。现代ROV的电池寿命为8小时。光缆在操作员和远程操作车辆之间建立连接,使其能够移动。


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    ROV非常复杂,具有多种用途,从探索和无人探险到研究和体育赛事。它们被科学家、动物学家、植物学家等使用。许多行业,如水产养殖、农业等,使用这些设备进行定期基础设施检查和维修。在本文中,友连航运网将介绍ROV的一些显着特征、其用途、分类、准备、下水、操作和缺点。


    什么是遥控机器人?


    ROV本质上是一种可以在水下操作的机器人。它的工作原理就像一艘微型潜艇,但无需人员在船上使用。它可以无线或通过有线连接工作,尽管后者更常见。几个子系统共同构成了极其复杂的ROV。


    构成ROV广泛操作机制的各个组件是:


    1.电气系统(接线和电路),

    2.机械结构,

    3.传感器和附件,

    4.特定任务结构。


    支持所有这些系统的基础框架是ROV的骨架。它尽可能轻,以防止运动过程中产生额外的重量和阻力。它覆盖有歧管结构,以防止内部组件意外损坏。其框架构件上有固定夹,用于支撑接线和其他电路部件。


    该骨架的设计可以承受“严重”的冲击,并采用刚性力学的三角测量原理。要了解三角测量的工作原理,请考虑一个正方形框架。只需添加一个构件,整个框架的强度就会增加。X形接头位于脆弱区域,并带有两个对角构件,以增加拉伸和压缩强度。


    ROV设计中使用的子系统和材料


    电气系统是指构成ROV核心的接线和电路。它们如此有用并可用于各个领域的唯一原因是其所配备的电子设备具有高度鲁棒性和复杂性。主要组件包括主主板和处理单元,其中指令从控制器馈送,然后转换为物理输出。在大多数情况下,控制器是手动操作的,由于面临各种挑战,自动水下航行器(或AUV)在该领域很少见。


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    根据创新和设计的水平,来自控制器输入的信号可以是有线的也可以是无线的。它也可能是特定于任务的。例如,有线机器人可能会陷入水下沉船现场。另一方面,当机器人深入残骸时,无线信号可能会被阻挡。因此,还应该仔细评估工作条件和可能的危险。


    一旦信号到达机载接收器,就会被传送到机械系统。主要系统是推进系统,采用微型和专用船用螺旋桨的形式。它们由安装在防水外壳中的小型伺服电机提供动力,螺旋桨数量为2个,每轴有3至5个叶片。它们可以顺时针和逆时针方向操作以产生转向。


    一些用于残骸分析和深海勘探的先进ROV也配备了旋转接头螺旋桨。这些很少被使用,并且比固定的同类产品更昂贵。仅在需要非常高的精度的情况下才需要它。传感器和附件构成了ROV功能的核心。最常见的设备包括摄像头、深度计、温度和内部系统传感器。


    操作员使用摄像机,因为他们必须注视周围环境。深度计确保ROV处于所需深度并且不会下降到高压区。温度区可检测水温的变化并帮助查看海底热喷口和温跃层。最后,内部系统传感器确保ROV完美运行,并且所有系统按要求工作。针对特定任务的修改使ROV可定制并可用于各个领域。例如,历史探索和残骸访问可用于收集带有机械臂和工具的文物。


    对于海底地质勘探,ROV可以配备岩石切割工具来提取样本进行分析。为了绘制海底地图,它配备了激光雷达、声纳或雷达,用于探测和接收表面高地和山谷的反射波。虽然通常有主相机,但它们可能是能够进行热成像、高精度摄影、宏观镜头等的专用相机。


    材料的选择对于ROV至关重要。车架必须足够轻,不会影响车辆的性能,并且足够坚固,能够承受轻微到严重的冲击。电气系统必须封装在绝缘涂层中并放置在防水容器中。必须特别注意防腐材料,以防止出现任何使用问题。由于ROV在水下花费大量时间,生锈的可能性较低(缺乏生锈所必需的氧气)。


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    然而,当在表面上时,腐蚀的可能性会增加(潮湿与大气中的氧气结合)。为此,必须进行彻底干燥,并且ROV必须存放在干燥清洁的环境中,以防止任何真菌生长或腐蚀。通过添加特殊涂料来防止海洋生长问题,这种涂料可以分解现有微生物并防止新微生物在水下附着在ROV表面。


    ROV的使用


    ROV有多种用途并配备相应的装备。这就是为什么大多数无人驾驶车辆制造商都会提供可以进行修改的基本骨架或结构。ROV的基本结构被称为“框架”或“模板”。本节介绍这些设备的各种用途。水下遥控潜水器配备了先进的技术。它由照明系统和摄像机组成,可以记录更好的水下全景,并有助于地质教育和了解海洋生物。


    随着技术领域的不断发展,最新的技术概念正在被传授给遥控车辆,以更大程度地增强其原有的能力。额外的机械可以包括静态摄像机、水采样器甚至机械手。此外,远程操作的水下航行器可以结合先进的仪器来适当测量和评估当前温度、光穿透性和水的透明度。


    这些通常用于科学和探索型ROV,以了解水下环境。化学分析仪还研究不同位置和深度的水的特定组成或成分。ROV或水下机器人的发明主要是为了服务于定期管道检查(内部和外部)的工业用途,并在不同海上地点的特定平台上进行结构测试方法。这些遥控潜水器甚至有助于探索海洋残骸遗址和历史遗迹。ROV可满足众多科学探险和水族馆的多个教育项目的需求。


    ROV的分类


    通过评估水下ROV的重量、功率、能力和尺寸,可以将其分为不同的类别。微型ROV体积小,重量低于3公斤。使用的主要分类如下:


    1.微型ROV

    2.迷你ROV

    3.通用ROV

    4.检查类

    5.轻型作业类

    6.重型作业类

    7.挖沟和埋地类ROV


    这些属性使ROV能够探索微小的空腔或管道裂缝,这对于潜水员来说在物理上是不可能实现的。微型ROV体积小,重量低于3公斤。这些属性使ROV能够探索微小的空腔或管道裂缝,这对于潜水员来说在物理上是不可能实现的另一方面,典型的迷你水下ROV的标准重量约为15公斤。只需一个人就可以在船上高效地操作它并进行水下探险。


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    微型和迷你类别的遥控车辆可以被称为另类“眼球”,因为它们不参与干预工作。通用型ROV类型通常低于5HP(推进力),并包括三指操纵器,如旧的RCV225中的那样。这些操纵器是专门为帮助完成轻型勘测任务而设计的,因为它们通常带有声纳装置。标准水下深度约为1000米,但一艘ROV已升级至甚至可以穿越7000米。


    Lightwork类遥控车辆一般功率在50马力以下,可以支持多个机械手。这些ROV的最大工作深度为2000米。聚乙烯是一种聚合物,用于建筑中,与典型的铝合金或不锈钢不同。重型工作场所机器支持220马力以下,配有两个机械手,可实现3500米的深度。


    挖沟ROV的功率范围为200-500HP,可使用至6000米。虽然这些ROV上的大多数推进系统的运行功率低于500HP,但有些水下航行器的运行功率可能接近600HP或更高。它们通常用于电缆敷设、海底沟槽的安全创建以及石油和天然气行业中使用的海底组件的部分或完全锚固(掩埋)。


    最后,根据潜水式ROV的发射方式,还有另一种分类。有一个称为系绳管理系统(或TMS)的系统,用于控制为ROV提供电力和控制的脐带的支出。当它直接连接到船舶或观测平台时,被称为自由游泳车辆。在这种情况下,它是中性浮力的。另一方面,一些ROV存放在被称为车库的隔间内,这些隔间被降低到海洋中。


    在下水过程中,ROV从水下舱中弹出,并将其绳索连接到车库,而不是船。发射系统的选择取决于用途、深度、功能和地理因素。


    ROV的准备和下水


    遥控车辆的尺寸范围很大,因为它可能从小型面包箱到小型卡车不等。水下航行器发射的准备工作非常简单,因为只需将机器人从船上投入水中即可。回收过程可能需要大型绞车将机器人从水中抬起。一般来说,A形框架可将ROV安全地摆动到甲板上。


    有时会出现称为“车库”的不同结构,这些结构降低到后端。这些“车库”可以充当临时但安全的巢穴,一旦探险结束,遥控潜水器就可以返回。与通常的潜水探险相比,远程操作车辆进行的偶尔的远足被认为要安全得多,这可能会导致人身伤害甚至死亡。


    事实证明,远程操作的水下机器在处理潜水器时非常高效,因为如果潜水器被卡住且无法自由移动,则切割刀片或机械臂可以在救援潜水器时派上用场。潜水企业的另一个缺点是恶劣的天气条件可能会成为一个重大障碍,而远程操作的潜水器则可以不受影响。作为一项附加用途,研究人员可以首先将ROV浸入水中,探索特定水下地点的细节,然后决定是否足够安全,可以派出潜水器。


    在将ROV从船侧弹出或发射平台之前,将ROV轻轻放入水中。不允许溅水,因为有损坏船上敏感设备的风险。这里可以使用卷扬机,或者如果干舷不太高,可以用手手动降低。月池可用于波涛汹涌的水域,这会增加进入飞溅区时受损的风险。月池是一个中空容器内的外壳,水面位于其下端。


    形成水柱,其中水相对稳定。阻尼器还用于减少起伏运动,以防止与共振相关的损坏。在恶劣的天气条件下,ROV可以通过月池下降。


    著名的遥控潜水器


    在著名的水下ROV中,Ventana依靠液压动力运行,可以航行到1850米的深度。Ventana是从RN Point Lobos船甲板上操纵的。另一方面,MBARI特许经营商早在2008年就购买了ROV Doc Ricketts,它具有令人难以置信的深入4000米深度的能力。


    从那时起,这种远程操作的车辆就经历了不断的升级。Doc Ricketts是早期ROV Tiburon的完美替代品,它也可以向下行驶2.5英里。这些独特的潜艇使得对一些深海天然气和石油储量的勘探变得更加容易。许多石油储量很难通过潜水员来定位,因此造成了重大的商业挫折。


    有趣的是,在ROV行业的帮助下,诸如泰坦尼克号、约克城号、中美洲号和德国军舰俾斯麦号等着名沉船的未确定位置都被发现了。就SS Central America而言,遥控水下航行器还能够从沉船海底回溯并收集必要的材料。


    缺点


    首选设计是高功率信号,可以在相当长的距离内控制ROV。与目前的系留结构相比,它的范围将更广。然而,高功率和频率可能会影响海洋生物。另一种替代方案是低功率主信号与多个放大器定期耦合,为ROV创造更广泛的范围。


    尽管它会更昂贵,但从生态角度来看是优选的。不幸的是,低功率选项的问题是,由于运行需要大量放大器,它会导致海面混乱。远程操作水下航行器的一个巨大挫折是它缺乏人类存在,这使得在水下进行视觉测量变得具有挑战性。该车通过复杂的布线与水面上的主船保持连接,导致自由移动受到限制。


    目前正在ROV无线控制领域进行研究和创新。所提出的设计提出了实现这种控制的两种主要模型。首选设计是高功率信号,可以在相当长的距离内控制ROV。与目前的系留设计相比,它的范围将更广。然而,高功率和频率可能会影响海洋生物。


    另一种替代方案是低功率主信号与多个放大器定期耦合,以为ROV创造更大的范围。尽管它会更昂贵,但从生态角度来看是优选的。不幸的是,低功率选项的问题是,由于运行需要大量放大器,它会导致海面混乱。


    经常问的问题


    1.什么是遥控潜水器?


    远程操作的水下航行器也称为ROV,是无人驾驶的,通常与操作员拴在一起。它是一种水下机器人,可以收集有关海底结构或热液喷口等地质构造的水下世界的数据。


    2.ROV的用途是什么?


    观测级ROV用于海洋探索,并为研究和学习目的提供高清图像和高清视频。ROV非常复杂,具有多种用途,从勘探和无人探险到研究和体育赛事。它们被科学家、动物学家、植物学家等使用。许多行业,如水产养殖、农业等,使用这些设备进行定期基础设施检查和维修。


    3.它们是如何操作的?


    它采用远程遥控和自动化控制技术,操作安全、方便。无人驾驶车辆配备了额外的设备,如水采样器、机械臂等。现代ROV的电池寿命为8小时。


    4.著名的ROV有哪些?


    Ventana依靠液压动力运行,可航行至1850米的深度。Ventana是从RN Point Lobos船甲板上操纵的。MBARI特许经营商早在2008年就购买了ROV Doc Ricketts,它具有令人难以置信的下潜至4000米深度的能力。


    5.ROV取得了哪些成就?


    它们使一些深海天然气和石油储量的勘探变得更加容易。潜水员很难找到许多石油储量。此外,在ROV行业的帮助下,还发现了泰坦尼克号、约克城号、中美洲号和德国军舰俾斯麦号等着名沉船的未确定位置。