深海“变形金刚”Aquanaut机器人在NASA零重力实验室进行功能测试

导读

近日，休斯顿机电公司研制的水下机器人Aquanaut在美国宇航局的中性浮力实验室进行了性能测试与功能验证。Aquanaut像一艘微型潜艇一样航行至目的地，然后变形成半人形的双臂机器人，完成水下作业任务之后恢复成潜艇模式返航。

作者：欣欣向文

编辑：小木

很多人可能不知道，由于输油输气管道的设置，在海底往往也存在一座城市的大量基础设施。这些基础设施往往包括管道、阀门、歧管、仪表等等，非常复杂，他们通常被称为海底采油树，有些甚至有四层楼高。

这些基础设施维护起来非常麻烦，这些基础设施维护起来非常费时、费力且费钱，而且在水深超过200-300米时，潜水员已经无法正常作业，此时唯一的途径便是水下机器人。而很多人更不知道的是，这些深水作业，需要一个训练有素的技术人员在船上操控没有自主呢鞥里的机器人，且一次典型的作业每天就需要消耗几十万美元。

对此，美国休斯敦一家初创公司设计了一款“水下变形金刚”，这款水下机器人颠覆了以往水下机器人的概念，能让一次正常维护的成本远远低于传统运营方式的一半。

下面让我们进一步了解休斯顿机电公司的Aquanaut水下机器人。

独一无二的组合 

Aquanaut机器人代表了一种全新的设计，它的创造者休斯顿机电公司希望完全改变当前海底机器人技术。传统的无人潜航器通常可以分为以下两类：

（1）鱼雷式巡航潜水器，常用于远程测量或者侦查任务，一般没有操作作业能力。

（2）水下操作机器人，常用于辅助水面船只完成水下的操作作业任务，具有一定的推进能力，一般不具备长距离航行能力。

休斯顿机电公司希望整合这两类水下机器人各自的优势，组合成一个可变形的机器人，这是一项前无古人的创举。

超越视觉的变形 

Aquanaut机器人在无人水下潜心器中是独一无二的，它可以从擅长远距离巡航设计的灵活潜艇变形成能够执行复杂操作任务的半人形机器人。

（1）Aquanaut机器人以流线型潜艇模式巡航到海底作业地点；

（2）当机器人到达作业地点后，其船体的顶部将会升起，暴露出两个机械臂和一个楔形的头部；

（3）携带双目立体摄像机、三维传感器和声呐系统的头部向上旋转到位，使机器人获得前方的环境信息；

（4）机器人展开配备力传感器和爪式夹具的机械手臂，进入双臂操作状态。

海底作业的变革 

相比于传统水下操作机器人(ROV)需要大型船舶运送至作业水域附近实施部署，并作为ROV的作战基地使用线缆给机器人提供动力、传输数据和控制，ROV活动范围受线缆长度的限制，没有自主控制权。 Aquanaut机器人是一款无外接线缆的机器人，由自身携带的锂电池提供动力，在潜艇模式下可以行驶200多公里，通过无线传输数据，所以可以在岸边、小型船只和直升机上完成部署。

Aquanaut机器人具有两条仿人设计的机械臂，每条手臂具有八个自由度，并配有力矩传感器，用于感知海底作业的交互力。Aquanaut机器人可以利用机械臂末端的夹具完成旋转开关阀门的操作，甚至还可以使用机器人内部有效载荷舱中携带的专业维护工具。

由于没有外接线缆的连接，Aquanaut机器人唯一的通信方式就是声学调制解调器，这种通信技术相对成熟，在水下的通信范围可以达到几十公里，但是具有延迟高和带宽低的不足，每秒最多传输几千个字节。针对这个问题，休斯顿机电公司给出的解决方案是依靠小型水面无人舰艇作为机器人与通信卫星的中继站，如此就可以在世界上的任何地方对Aquanaut机器人进行远程控制。

通信上的高延迟使远程操作人员实时控制Aquanaut机器人的每个动作，显然不切实际，休斯顿机电公司计划仅对Aquanaut机器人实施高级的监督控制，将大多数低级别决策委托给强大的机载计算机。远程操作人员发送简单的命令，例如“将阀门顺时针旋转90°”，机器人将自主决定如何抓住阀门以及转动阀门的力量，并在完成任务后向操作人员返回确认完成，因此远程操作人员不需要手动操作机器人，也不需要高带宽的实时视频返回。

Aquanaut水下机器人的首次开放水域演示可能会在8月份在罗德岛举行的海军技术演习中进行，让我们拭目以待。

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