两栖机器人的研究现状

天津渤海职业技术学院， 天津  300400

摘要：随着现代社会不断地向前飞速发展，机器人技术已经与人类的生活建立了不可分割的关系。两栖机器人是机器人的一种，由于它是对称的结构，所以在环境适应性以及运动稳定性上都具有很大的优势，并且已经广泛地应用于各种领域中。因此对于两栖机器人的研究已经成为机器人研究领域的一个热门话题。

关键词：两栖;机器人;研究现状

生产力水平不断提高，推动了科技文明的不断发展和创新，人类在短短的二十年内，先后经历了PC电脑时代、互联网时代、移动互联网时代，科技创新和变革已经深入影响了人们的生活，与此同时机器人技术的发展正在逐渐的改变人们的生活方式。两栖机器人由于其创新的结构，优良的运动特性对于诸多种类的机器人系统是一个重要的补充单元。近些年来，国内外诸多研究机构和企业公司加大了对两栖机器人的投入产出研究，取得了一定的成果并开发了一系列机器人样机[1]。

众所周知，占地球表面积71%的海洋环境是一个丰富而远未得到大力开发的资源宝库，同时也是兵戎相见的战场。21世纪，人类将面临人口极速膨胀和生存空间、陆地资源匮乏和社会生产飞速增长、生态环境持续恶化和人类可持续发展三大严峻的矛盾挑战，人类社会要想持续维持自身的长期生存、繁衍和发展，就必须有效充分的利用和开发海洋资源，这是迫在眉睫的抉择。尤其对人均资源缺乏的我国来说，海洋资源的利用和开发愈发具有特殊的意义。因此，水下机器人将在海洋环境的监测、海洋资源的勘察、海洋科学的研究中发挥极其重要的作用。水下机器人的应用领域也在不断的扩大和突破，例如海洋开发、海洋研究以及海洋工程等，在当今世界上，发达的军事大国更是特别注重水下机器人在未来战争中的广泛应用，水下机器人也将成为未来水下战争中在获取情报信息、实施精确智能攻击、完成特殊战斗任务的重要军事设备之一。当前水下机器人也正处在飞速发展的阶段之中[2]。

机器人自诞生到现在发生了飞速的发展，已经在多个领域中取代了人类的工作。机器人的性能对执行任务的能力有着很大的影响。先进微处理器和智能控制的出现，使得机器人越来越多应用于军事领域。近些年，传感器技术、自主控制、导航定位、互联网技术的不断创新完善和飞速发展促进两栖机器人在续航时间，环境适应性，人机交互，机动灵活性，运动速度等方面的性能持续不断的得到大幅度提高。欧美一些发达国家相继开发了智能化程度高、操作灵活、使用领域广的军用机器人能。同时为了满足海上登陆作战中的两栖侦查、数据传递、障碍物爆破等工作要求，一些小型的两栖机器人应运而生。同时两栖机器人由于其广泛的作战领域、超强的环境适应能力、便于投放和回收，其可以充当水陆侦察系统、武器装备、信息传输的载体，在数百里的水下空间完成环境探测、目标识别、情报收集和数据通信，应用前景十分广阔。同时对于海洋资源的开发和利用，海底石油的开采、水下管道设施的维修，鱼群的诱导都扮演着举足轻重的作用。因此，发展两栖机器人，对提升国家先进制造水平、大力开发海洋资源和维护国家海洋战略，将发挥巨大的作用[3]。

随着制造业成本的降低，低功耗控制芯片的诞生大大促进两栖机器人在机动灵活性、复杂地形适应性、续航时间、速度稳定性，人机交互与信息融合等多方面性能的提升，使得两栖机器人更加的集成性和智能化。两栖机器人可以适合在多种复杂地形和水下环境作业，并具有良好的运动性能。通过携带一些导航设备、传感器、工具、机械手等，使其能够更好地应用于水雷探测、搜索救援、地形测绘、水下生态环境监控等特殊环境和场合。因而，两栖机器人具有深远的发展空间和应用前景。经过多年的飞速发展，两栖机器人主要应用在导航定位、自动驾驶、测量设备和能源、自诊断和故障处理等方面，具有隐蔽性好，机动灵活，活动范围较大的特点，而且结构比较简单、尺寸较小、造价低，被广泛地应用于民用和军事领域。

在过去的几十年中，国外的科研机构起步相对较早，其中以美国、加拿大、英国等发达国家为代表，它们的相关学术研究已经步入了世界的先进行列，取得的科研成果也较多。尽管大部分只是为了用于实验测试，但是随着技术的不断进步和需求的持续增强，用于军事作战和海洋开发的两栖机器人不断开发问世和创新发展。由于两栖机器人具备在军事领域极大提高作战效率的优势，各个国家都十分重视两栖机器人在军事用途上的研發。

目前国内研究和开发两栖机器人的单位还是比较多的，内容也是五花八门，百花齐放的。但是能够代表国内先进水平的、真正地进入到实质性试验阶段的单位还是相对比较少的。研究比较好的是：中船重工715所研发的拖曳式水下机器人，上海交通大学研发的遥控式水下机器人，中科院沈阳自动化所研发的无人无缆水下机器人和哈尔滨工程大学研发的智能水下机器人等等

虽然国内外研究团队在两栖机器人的研究方面已经取得了重大的突破，但是目前仍然存在一些问题有待解决：

1、大多数的两栖机器人的体积过于偏大，不利于机器人在狭窄的海域操作，同时有的机器人重量过重，不利于机器人灵活移动。

2、针对复杂的两栖机器人系统，对它们稳定性的理论分析比较少，不利于实现机器人的稳定操作。

3、多数两栖机器人只能在比较单一的领域进行运动，运动方式也比较单一，不能实现水陆两种环境中作业，所以其不能适应复杂的环境。

4、部分两栖机器人采用螺旋桨推进，噪声比较大，所以隐蔽性比较差，而且会对水下的生态环境造成不好的影响。

参考文献

[1] 朱大奇著. 水下机器人故障诊断与容错控制技术. 国防工业出版社，2012： 1-3.

[2] 黄海编著. 遥控潜水器的控制体系结构及作业技术. 国防工业出版社，2011： 1-2.

[3] 陈亮. 一种新型的水陆两栖球形机器人的研究[D]. 北京邮电大学，2012.

姓名：武国强，1991.03.06，男，籍贯：山西省孝义市，硕士研究生，助教，研究方向：人工智能，单位：天津渤海职业技术学院。