作者：张玉潇'，张 宁!2，曾宇阳'，刘 晓’，李 森(1.青岛海洋工程水下设备检测有限公司,山东 青岛 266200;2.青岛海检集团有限公司,山东 青岛 266200)
摘要：近年来,中国海上作业日益增多,水下机器人作为探索海洋的重要装备,取得了快速发展,目前已进入工程应用阶段,但尚缺乏成熟的产品测试方法和综合的测试平台。对此，提出了水下机器人标准体系框架,通过搭建模拟复杂海洋环境的综合测试系统,完成了机器人从零部件向整机,从实验室向现场测试的技术实现。最后对水下机器人测试技术在未来海洋领域的应用场景进行了展望，并给出了建议。
关键词：水下机器人;测试技术;海上作业;技术标准
水下机器人是人类探索海洋、认识海洋和开发海洋的重要技术装备,对其的研发能力在一定程度上标志着国家深海资源调查、海洋科学研究的技术水平。为了保障水下机器人性能的可靠性,需要对其进行一系列检测,这对于发展海洋事业、带动蓝色经济具有重要意义。
目前,水下机器人检测在国内缺乏针对性的指导标准,在国外主要根据企业的发展需要制订,包括水下机器人综合性能测试、机械手性能测试、其他测试等……。目前国内外进行水下机器人检测的机构主要有:上海交通大学水下工程研究所,对水下机器人的航速、推力等进行测试55;中国科学院沈阳自动化研究所研究室,对水下机器人进行功能试验”;美国伍兹霍尔海洋研究所海洋应用物理与工程研究室,对推进器性能等进行测试四。
写国外相比,国内水下机器人检测技术刚刚起步，而国外已经拥有较为先进的检测技术。国外对于水下机器人的研究和测试更具针对性,拥有成熟的产品和试验方法,因此,国内应加强研发自主化的水下机器人及测试技术,搭建综合测试平台,为未来水下机器人的出厂、服役和标准撰写提供保障。
1.1 水下机器人分类
水下机器人是指通过脐带电缆控制、水面遥控或自主控制完成科学研究、勘察测绘、资源开发、打捞救生等水下作业的机器人,一般由潜水器本体、水下观察设备、检测设备、机械臂、脐带电缆、控制台、下放装置等组成,分类如表1所示。
1.2 水下机器人标准体系框架
水下机器人标准体系框架主要反映了水下机器人的种类和测试技术相关内容,主要包括外观和结构检查标准、功能测试标准、性能测试标准、环境适应性测试标准、电磁兼容测试标准和电气测试标准。其中外观和结构检查标准是水下机器人标准体系的基石和保障,其他测试标准是水下机器人标准体系的主体。水下机器人标准体系如图1所示,其有利于指导水下机器人标准化工作的开展,加强水下机器人标准的统筹规划,提升标准的国际化水平,构建出满足市场需求、规范行业有序发展的水下机器人标准。
国内目前尚没有针对水下机器人成熟的检测平台,产品质量无法保证。国家海洋设备质量检验检测中心(山东)可集中现有国内领先的检测技术和海上综合试验能力,通过搭建综合测试系统,打造国内浅海最高水平的军民融合海洋设备综合试验基地,完成机器人从零部件测试向整机测试、从实验空测试向现场测试的技术实现。
高压密封舱。高压密封舱主要由卧式压力舱体增压系统、舱门启闭装置、数据控制系统、参数采集系统组成,其中压力舱体的最大工作压力为35 MPa。通过减速电机驱动卡箍机构启闭,前端盖由液压缸配合舱内移动小车前后移动。通过增压系统向舱内压人水,使舱内的压力始终维持在试验要求的范围内。数据控制系统由工控机、PLC、监控系统、控制柜、控制软件、液晶显示屏等组成,各参数单独控制并集成,主要作用是为水下机器人测试提供模拟服役水深的外部压力,并需要为密封系统、液压系统、监控系统提供穿舱的条件,保证压力和信号的有效输入和输出。
高低温试验箱。高低温试验箱主要由环境舱舱体、制冷系统、湿度控制系统、控制系统、冷却水系统和样品车组成,温度范围为-60~175℃C、最高湿度为98%、最大容积为 144 m’。通过制冷系统的蒸发过程压缩过程、冷凝过程和节流过程4个过程不断循环,可以达到制冷的目的,通过控制系统设置温度功能参数、加湿器加湿,可以完成水下机器人高低温工作测试、高低温贮存测试、恒定湿热测试、交变湿热测试等。
波流水槽。波流水槽主尺寸为长 30 m、宽4m、高3.2 m,最大工作水深2m,造波功能有规则波、椭圆余弦波、不规则波、破碎波、孤立波、聚焦波,造流功能为双向无级调速,流量范围为800~2 800 L/s,最大液面高度为2m,最大造波高度为 100 mm,可以完成水下机器人抗流冲击试验。
试验水池。试验水池主尺寸为长 25 m、宽 15 m、高 10m,可以完成水下机器人工作深度试验、静水压试验等。
此外,还可以利用盐雾试验箱(0.5 m'、2.0 m')和盐雾试验室完成盐雾试验,利用霉菌试验箱(1m’)完成长霉试验,利用静电放电模拟器完成静电放电抗扰度试验,利用信号发生器、功率放大器、RF 射频开关单元等设备完成射频电磁场辐射抗扰度试验,利用绝缘电阻/耐压测试仪完成耐压试验和绝缘电阻试验。这些试验对指导水下机器人顺利出厂具有重要意义。
目前青岛海洋工程水下设备检测有限公司已为博雅工道(北京)青岛罗博飞海洋科技有限公司、山东未来科技有限公司、天津深之蓝、深圳鳍源等国内 ROV.AUV龙头企业提供检测技术服务(如图3所示),如在哈尔滨工程大学水下无人航行器外压动态试验中,开展了低温环境下的外压试验和动态负载试验,试验全程带电测试,并实时监测推进器运行信号,验证新研发水下无人航行器在6MPa外压环境下的结构强度、稳定性,为下水应用提供保障。
随着中国海洋强国战略的实施,对海洋资源开发海洋安全保障等方面提出了更高的要求,水下机器人在海洋安全搜救、管道检査、船舶河道检修、海洋考古、海洋沉船考察等方面的重要性日益突出。随着水下机器人作业深度和动作复杂度等的大幅提高,水下机器人正朝远程化、深海化、智能化、作业协同化方向发展,对水下机器人的可靠性和智能性提出了更高的要求可靠的水下机器人检测技术和标准可以提升水下机器人的质量水平,是发展海洋经济、提升海洋工程装备必不可少的一项内容,同时可以推动海洋科技和工程的发展,对于探索和利用海洋资源、保护海洋环境、开发海洋能源起到了重要的推动作用。但目前水下机器人的产品测试标准尚不完备,仅针对某一类机器人或某类测试制定了相关标准,未来还需进一步研究探索。
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