《無人遙控潛水器技術(shù)》介紹無人遙控潛水器的基本系統(tǒng)組成及各子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和選型方法。全書共分10章,第1章介紹潛水器的定義與分類、發(fā)展歷程與現(xiàn)狀,以及意義與應(yīng)用;第2~8章分別介紹無人遙控潛水器的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與本體設(shè)計(jì)方法、操縱與控制、能源和傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)、吊放回收系統(tǒng)與中繼器、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、傳感器與作業(yè)工具等。第9章簡(jiǎn)要介紹國(guó)外比較著名的無人遙控潛水器,重點(diǎn)介紹我國(guó)自主研發(fā)的“海馬4500號(hào)”ROV及其在海洋地質(zhì)勘探和科學(xué)考察方面的應(yīng)用。
本書可供從事無人遙控潛水器研究的科研人員、研究生以及工程技術(shù)人員閱讀參考。
在眾多潛水器中,無人遙控潛水器(remotely operated vehicle,ROV)是目前應(yīng)用最廣泛的一種,它通過臍帶纜與水面母船連接,能源和信息的傳輸借助于臍帶纜,母船上的操作人員可以通過安裝在ROV 上的攝像機(jī)和聲吶等專用設(shè)備實(shí)時(shí)觀察到海底的狀況,并通過臍帶纜遙控操縱ROV、機(jī)械手和配套的作業(yè)工具進(jìn)行水下作業(yè)。因?yàn)镽OV 帶有臍帶纜,所以它適合進(jìn)行水下定點(diǎn)作業(yè),而非大范圍的探查;也因?yàn)镽OV 需由臍帶纜供電,它才具有作業(yè)能力強(qiáng)、作業(yè)時(shí)間不受能源限制等特有的優(yōu)勢(shì),從而成為水下作業(yè),尤其是深海作業(yè)不可或缺的裝備。此外,ROV 能夠在各種海底環(huán)境條件下長(zhǎng)時(shí)間地執(zhí)行高強(qiáng)度的定點(diǎn)復(fù)雜作業(yè),避免了深潛人員的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。毋庸置疑,ROV 是人類進(jìn)入深海、探測(cè)深海和開發(fā)深海必不可少的技術(shù)手段,也是衡量一個(gè)國(guó)家海洋工程裝備水平的重要標(biāo)志之一。
本書是國(guó)家出版基金及“十三五”國(guó)家重點(diǎn)圖書出版規(guī)劃項(xiàng)目“海洋強(qiáng)國(guó)出版工程:高技術(shù)船舶與海洋工程裝備系列”之一,本書的編寫既參考了國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的最新成果,又汲取了我國(guó)自主研制的4500米級(jí)“海馬號(hào)”ROV 以及其他系列ROV 產(chǎn)品的研發(fā)經(jīng)驗(yàn),旨在為讀者呈現(xiàn)更切合實(shí)際、更實(shí)用的工程經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)。所有參與編寫本書的專家都親歷了“海馬號(hào)”ROV 的研制,多年來大家對(duì)無人潛水器的研制與教學(xué)成果進(jìn)行整理與總結(jié),最終形成本書,目的在于為ROV 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造、安裝調(diào)試以及使用維護(hù)等提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)和便捷的方法,同時(shí)提供最新、最具工程實(shí)踐意義的資料數(shù)據(jù)和工程實(shí)例,順應(yīng)現(xiàn)代ROV的發(fā)展,為廣大科研工作者提供學(xué)術(shù)參考。
本書共10章。第1章為ROV 的概述,介紹潛水器的定義、分類和特點(diǎn),以及ROV 的發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用需求。第2章介紹ROV 的設(shè)計(jì)基礎(chǔ),包括設(shè)計(jì)目標(biāo)、任務(wù)、標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)開發(fā)流程、設(shè)計(jì)特征,ROV 的系統(tǒng)組成、吊放和回收模式,本體結(jié)構(gòu)、控制,以及能源和信息傳輸?shù)。?章詳細(xì)介紹ROV 的本體設(shè)計(jì),其中包括本體結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)、浮力材料、總布置、動(dòng)力與推進(jìn)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、導(dǎo)航定位系統(tǒng)、性能估算與結(jié)構(gòu)校核等。第4章介紹ROV 的操縱與控制,包括運(yùn)動(dòng)無人遙控潛水器技術(shù)坐標(biāo)系和方程的建立、控制方法以及控制模擬技術(shù)。第5章介紹ROV 的能源和信息傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì),包括臍帶纜設(shè)計(jì)。第6章介紹吊放回收系統(tǒng)和中繼器,其中包括臍帶絞車設(shè)計(jì)與選型、升沉補(bǔ)償系統(tǒng)和中繼器等。第7章介紹ROV 的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),包括水面控制系統(tǒng)和水下控制系統(tǒng)等。第8章介紹ROV 的傳感器和作業(yè)工具以及作業(yè)工具底盤等。第9章介紹國(guó)內(nèi)外具有代表性的ROV及其應(yīng)用成果。第10章介紹ROV 的最新發(fā)展趨勢(shì)。
本書汲取作者所在課題組研發(fā)ROV 的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行編寫,取材翔實(shí)可靠,力求真實(shí)新穎,圖文并茂,可讀性強(qiáng),能夠幫助從事ROV 設(shè)計(jì)的學(xué)者和工程師在短期內(nèi)系統(tǒng)地掌握其設(shè)計(jì)方法和工程應(yīng)用,解決ROV 研發(fā)過程中遇到的一些普遍問題。
本書內(nèi)容提要由魏照宇撰寫;前言和第1章由連璉、魏照宇撰寫;第2章由連璉和平偉編寫;第3章由劉純虎、黃永展、張小超、陳宗恒及平偉等編寫;第4章由姚寶恒和張金華編寫;第5章由謝書鴻、平偉和劉純虎等編寫;第5章由平偉、馬廈飛和魏照宇編寫;第7章由劉純虎和黃永展等編寫;第8章由陳宗恒、羅高升、平偉、連璉編寫;第9章由陶軍、陳宗恒、連璉、魏照宇編寫;第10章由連璉和魏照宇編寫;全書由連璉、魏照宇完成統(tǒng)稿。
本書的編寫得到了國(guó)內(nèi)多家同行單位、多位專家學(xué)者以及廣大讀者的大力支持與幫助,他們?yōu)楸緯峁┝撕芏嘧钚碌募夹g(shù)成果、信息、經(jīng)驗(yàn)和心得,以及翔實(shí)生動(dòng)的資料和數(shù)據(jù)。與此同時(shí),本書作者還參考了國(guó)內(nèi)外同行的很多相關(guān)優(yōu)秀著作,作者在此一并表示致謝。
連璉,教授,博導(dǎo)。上海交通大學(xué)海洋研究院副院長(zhǎng),國(guó)際電工電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)海洋工程學(xué)會(huì)(OES)管理委員會(huì)委員。從事潛水器技術(shù)、水下探測(cè)與作業(yè)技術(shù)等研究,主持參與多項(xiàng)項(xiàng)目。獲中國(guó)人民解放軍科學(xué)技術(shù)進(jìn)步三等獎(jiǎng)、國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)等。撰寫和發(fā)表論文、研究報(bào)告近 40 篇。
1 ROV概述
1.1 潛水器的定義與分類
1.2 不同種類潛水器的用途及特點(diǎn)
1.3 ROV的特點(diǎn)及分類
1.4 ROV的發(fā)展歷程
1.5 ROV的應(yīng)用需求
2 ROV的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
2.1 ROV的設(shè)計(jì)目標(biāo)、任務(wù)、標(biāo)準(zhǔn)與流程
2.2 ROV系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特征
2.3 ROV吊放回收模式
2.4 ROV本體結(jié)構(gòu)形式
2.5 ROV動(dòng)力推進(jìn)和控制模式
2.6 ROV能源與信息傳輸模式
3 ROV的本體設(shè)計(jì)
3.1 ROV本體框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.2 ROV浮力材料
3.3 ROV的總布置
3.4 ROV動(dòng)力與推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.5 ROV控制系統(tǒng)
3.6 ROV導(dǎo)航定位系統(tǒng)
3.7 ROV的性能估算與結(jié)構(gòu)校核
4 ROV的操縱與控制
4.1 潛水器運(yùn)動(dòng)方程
4.2 ROV的控制方法
4.3 ROV運(yùn)動(dòng)控制模擬技術(shù)
4.4 ROV控制方法的應(yīng)用實(shí)例
5 ROV的臍帶纜技術(shù)、能源與信息傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)
5.1 ROV的臍帶纜與連接件設(shè)計(jì)
5.2 ROV的能源傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)
5.3 ROV的信息傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)
6 ROV的吊放回收系統(tǒng)與中繼器
6.1 ROV吊放回收系統(tǒng)
6.2 ROV升沉補(bǔ)償系統(tǒng)
6.3 ROV中繼器
7 ROV的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
7.1 ROV的控制集裝箱布局
7.2 ROV的水面監(jiān)測(cè)/控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
7.3 ROV的水下控制系統(tǒng)
8 ROV的傳感器與作業(yè)工具
8.1 ROV的傳感器
8.2 ROV液壓作業(yè)機(jī)械手
8.3 ROV的作業(yè)工具
8.4 ROV擴(kuò)展作業(yè)底盤
9 ROV的應(yīng)用案例
9.1 國(guó)外具有代表性的ROV
9.2 中國(guó)“海馬 4500號(hào)”ROV
10 展望
參考文獻(xiàn)
索引