隨著海洋、河湖水資源的開發(fā)、利用和保護(hù)，水下作業(yè)日益增多，對水下機(jī)器人的需求也在增加。南京工程學(xué)院創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院陳巍副教授領(lǐng)銜研發(fā)的魚形仿生水下機(jī)器人，擁有多種“才藝”，成為水下作業(yè)“能手”，已“游進(jìn)”國際市場。

 

　　據(jù)了解，水下機(jī)器人市場是一片有待充分開發(fā)的“藍(lán)海”。“目前水下機(jī)器人產(chǎn)品存在著續(xù)航能力弱、環(huán)境擾動大、機(jī)動性能差等問題，我們團(tuán)隊(duì)研發(fā)的魚形仿生水下機(jī)器人，力求在解決此類問題上取得突破。”陳巍告訴記者。

 

　　魚形仿生水下機(jī)器人造型看起來就像常見的魚，摸起來的手感也很像真魚。其個子有大有小，大的有8米、10米長，小的只有0.5米長。“大有大的能量，小有小的作用。”陳巍舉例說，0.5米長的魚形機(jī)器人在湖泊水質(zhì)監(jiān)測中就可以派上用場。比如在對太湖水質(zhì)進(jìn)行的一次監(jiān)測中，300多條0.5米長的魚形機(jī)器人被放到湖水中，每人都有“責(zé)任水”，分別負(fù)責(zé)監(jiān)測1米、3米、5米、8米、10米深的水質(zhì)，當(dāng)場就把PH值、含氧量等水質(zhì)分析數(shù)據(jù)采集記錄下來，返回時即按設(shè)定把數(shù)據(jù)傳遞到位。其效率和工作質(zhì)量，遠(yuǎn)非傳統(tǒng)的“人+船+吊瓶”到湖中多點(diǎn)取水進(jìn)行監(jiān)測可比。而對廣大的海域進(jìn)行水下地形地貌勘察，“大個子”魚形機(jī)器人則可大顯身手，其身價(jià)也不菲，一個售價(jià)就要上百萬元。該機(jī)器人還能像4旋翼無人機(jī)在空中跟拍那樣，在水下進(jìn)行跟蹤拍攝。

 

　　水下作業(yè)“能手”的背后是一系列硬核新技術(shù)的支撐。魚形水下機(jī)器人研發(fā)項(xiàng)目的全稱是“復(fù)雜水下環(huán)境勘查集群仿生機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”，由南京工程學(xué)院、東南大學(xué)和博雅工道（北京）機(jī)器人科技有限公司共同完成。陳巍告訴記者，該項(xiàng)研究獲得了國家自然科學(xué)基金、江蘇省人才計(jì)劃和企業(yè)科技支撐項(xiàng)目等10余項(xiàng)資助，科研攻關(guān)歷時6年，在水下仿生機(jī)器人軟體親水型材料、多關(guān)節(jié)仿生結(jié)構(gòu)與推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、慣性基的水下組合導(dǎo)航定位技術(shù)、基于群體智能協(xié)同的水下勘查決策等方面均取得突破。

 

　　自主設(shè)計(jì)了柔性多關(guān)節(jié)魚形仿生機(jī)器人結(jié)構(gòu)，有效減小流體阻力。首次提出基于實(shí)時姿態(tài)信息的伺服驅(qū)動控制方法，解決了機(jī)器人在復(fù)雜水下環(huán)境里電機(jī)頻繁換向和缺相故障問題，提高了穩(wěn)定性。

 

　　結(jié)構(gòu)仿生與材料仿生相融合，突破了仿生魚皮材料耐壓等級低、防水性能差、減阻效果弱的技術(shù)瓶頸，研制出機(jī)器魚新型肌肉材料。

 

　　發(fā)明捷聯(lián)慣導(dǎo)快速對準(zhǔn)估計(jì)方法，提出基于特定運(yùn)動軌跡激勵的安裝誤差標(biāo)校方法，設(shè)計(jì)基于智能控制的多源信息自適應(yīng)濾波器，實(shí)現(xiàn)信息源的即插即用，在該領(lǐng)域達(dá)到國際先進(jìn)水平。

 

　　發(fā)明了水下分布式集群航路規(guī)劃和編隊(duì)方法，解決了水下機(jī)器人航路規(guī)劃效率低、準(zhǔn)確性差、多機(jī)編隊(duì)集結(jié)速度慢等技術(shù)難題。

 

　　“以機(jī)器人體長計(jì)，我們研發(fā)的魚形機(jī)器人轉(zhuǎn)向速度高于國外同類產(chǎn)品20%，初始對準(zhǔn)時間縮短5倍，動態(tài)對準(zhǔn)精度提高10%，多水下仿生機(jī)器人集群組網(wǎng)數(shù)量>32個，整體作業(yè)效率提高5倍，達(dá)到國際先進(jìn)水平，而設(shè)備價(jià)格僅為國外同種規(guī)格仿生機(jī)器人的50%。”陳巍自豪地說，項(xiàng)目成果已在技術(shù)型企業(yè)中實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化運(yùn)作，成功應(yīng)用于水下沉潛油監(jiān)測、水域污染物追蹤溯源、水下救援偵查、海洋生物觀測、水下構(gòu)筑物勘察、消費(fèi)級水下無人機(jī)等領(lǐng)域，項(xiàng)目產(chǎn)品遠(yuǎn)銷美、日、歐等國家，2018年國內(nèi)外市場銷售額達(dá)2.8億元。

 

　　據(jù)悉，該項(xiàng)研究獲授權(quán)專利61件，發(fā)表SCI/EI高水平論文30余篇，牽頭或參與制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)，填補(bǔ)了國內(nèi)該行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)空白。  記者 蔣廷玉