挑战杯竞赛作品巨鱿仿生海底勘探智能机器人申报书.docx
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挑战杯竞赛作品巨鱿仿生海底勘探智能机器人申报书
浙江省“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛作品申报书
序号：
编码：
浙江省“挑战杯”
大学生课外学术科技作品竞赛
作品申报书
作品名称：
巨鱿仿生海底勘探智能机器人
学校全称：
浙江海洋学院
申报者姓名
（集体名称）：
类别：
□自然科学类学术论文
□哲学社会科学类社会调查报告和学术论文
科技发明制作I类
□科技发明制作II类
说明
1、申报者应在认真阅读此说明各项内容后按要求详细填写。
2、申报者在填写申报作品情况时只需根据个人项目或集体项目填写A1或A2表，根据作品类别（自然科学类学术论文、哲学社会科学类社会调查报告和学术论文、科技发明制作）分别填写B1、B2或B3表。
所有申报者必须填报D表，可根据情况填写C表。
科技发明制作项目分为I类（科技含量较高）和II类（投入较少的小发明），请注明。
3、表内项目填写时一律用钢笔或打印，字迹要端正、清楚，此申报书可复制。
4、序号、编码由浙江省第十三届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛组委会填写。
5、学术论文、社会调查报告及所附的有关材料必须是中文（若是外文，请附中文本），请以4号楷体打印在A4纸上，附于申报书后，字数在8000字左右（文章版面尺寸14.5×22cm）。
6、作品申报书须按要求由各校竞赛组织协调机构统一寄送。
7、寄送地址：
宁波大学团委（详见通知）。
8、有关参赛事宜请向竞赛组委会秘书处咨询。
A1．申报者情况（集体项目）
说明：
1．必须由申报者本人按要求填写，申报者情况栏内必须填写个人作品的第一作者（承担申报作品60%以上的工作者）；
2．本表中的学籍管理部门签章视为对申报者情况的确认。
姓名
性别
男
出生年月
申
报
者
代
表
情
况
学校全称
浙江海洋学院
专业
船舶与海洋工程
现学历
本科
年级
10级
学制
四年
入学时间
2010年
作品全称
巨鱿仿生海底勘探智能机器人
毕业论文题目
通讯地址
浙江省舟山市文化路105号
邮政编码
单位电话
常住地
通讯地址
浙江省舟山市文化路105号86号信箱
邮政编码
住宅电话
其
他
作
者
情
况
姓名
性别
年龄
学历
所在单位
男
23
本科
浙江海洋学院船舶与海洋工程学院
男
21
本科
浙江海洋学院船舶与海洋工程学院
男
19
本科
浙江海洋学院船舶与海洋工程学院
资
格
认
定
学校学籍管理部门意见
是否为2013年7月1日前正式注册在校的全日制非成人教育、非在职的各类高等院校学生（含专科生、本科生和研究生）。
是□否
若是，其学号为：
（部门盖章）
年月日
院系负责人或导师意见
本作品是否为课外学术科技或社会实践活动成果
是□否
负责人签名：
年月日
B3．申报作品情况（科技发明制作）
说明：
1．必须由申报者本人填写；
2．本部分中的科研管理部门签章视为对申报者所填内容的确认；
3．本表必须附有研究报告，并提供图表、曲线、试验数据、
原理结构图、外观图（照片）,也可附鉴定证书和应用证书；
4．作品分类请按照作品发明点或创新点所在类别填报。
作品全称
巨鱿仿生海底勘探智能机器人
作品分类
（A）A．机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控制、工程、交通等）
B．信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等）
C．数理（包括数学、物理、地球与空间科学等）
D．生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健康、卫生、食品等）
E．能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化工、生态、环保等）
作品设计、发明的目的和基本思路，创新点，技术关键和主要技术指标
1、发明目的：
由于人类对海域和广大的深海区还调查得很不够，大洋中海底矿产如何开采等待人类解决。
随着石油、天然气等海洋资源的开发从近海延伸到深海，水下机器人（也称无人潜水器或航行器）因其安全、高效、作业深度大、能在水下长时间工作而日益成为开发海洋资源的重要工具。
设计ROV为海底矿场资源勘测，钻探、取样的作业型机器人。
传统有缆ROV通过与水面相联的脐带电缆获取信号和能源，技术要求和成本也相对较低。
但其活动范围受到脐带电缆的制约，特别是在复杂水下环境下易造成缠绕事故，设计创造性的采用无线遥控模式。
本设计ROV使用6个腕足和2个触手，行动迅速，腕足灵活自如，能够进行抓取物体、游动行走自如。
2、发明灵感：
巨鱿GiantSquid是头足纲的软体动物，反应极为灵敏，行动十分迅速，巨大的身躯在海中矫健如飞，多个。
头部两侧具有一对发达的眼和围绕口周围的有8只腕足和2条长长的用于进食的触角。
鱿鱼喷射如水下火箭，行动迅速，腕足灵活自如，隐藏于它们吸盘中的微型钩子可以牢牢锁定猎物，捕食食物时用触腕缠住将其吞食。
本设计从海洋中巨型鱿鱼获取灵感，仿生鱿鱼的灵感。
本设计的ROV安装四个垂直推进器，采用陀螺仪和三轴加速度计传感器，使用PID自动控制技术，能够使得ROV克服各种内外干扰，保持自平衡，如同巨大的鱿鱼在海中矫健如飞。
综合设计以适应水下复杂的海底环境，执行多种水下作业任务。
图1“巨鱿”ROV的俯视图及正视图
3、总体设计：
整个系统由机械腕足及控制模块、动力推进及姿态调节模块、无线视频收发模块、电源模块、智能控制器，人机操作部分，及其他辅助设备。
主体为橄榄椭球结构，上部为浮体，下部为主负载。
整体结构采用了分层式造型，整体分为顶层、中层和底层三层，两边辅以高强度的树脂边框。
顶层主要用来安装固定后面采用的浮力块，而中层主要用来安装固定装载有控制元件的浮力筒和悬挂推进器，下层主要是留出安装后续的扩展设备，譬如机械手，配重块之类。
三层的所有零件基本上都采用不锈钢饭金件以保证强度。
根据仿鱿鱼特性，仿生鱿鱼腹部为浮体材料，使得机器人能在海中沉浮，仿生腕足的多个机械手臂，能在海底各种作业。
例如进行海底表层钻探时，钻杆从主体中间深入海底，绕口周围多个机械臂如鱿鱼腕足牢牢的抓固在海底，保证钻探的稳定性；单个机械手臂可进行水下物品抓取采样；多个机械臂进行协同运作，如爬行动物一样在海底行走。
4、主体框架设计：
主结构采用升降及平衡设置模块设计，以鱿鱼仿生为主体，使用错落粗管鳐板式调节平衡。
ROV除承受自身重量外，ROV经常需携带一些外载荷，完成一些特殊作业任务，如携带吸泥泵、机械爪、海底钻探取样器等作业工机具，尤其是在深水作业中，尽可能具备各种能力，能完成所需的各种作业，减少了ROV往返支持船甲板与水下作业现场路程与时间，极大提升ROV作业能力与工作效率。
由于要求体积很小，各部分必须高度集成，充分利用空间，因而设计巨鱿ROV本体的总布置。
主结构由7部分组成，分别是：
基础框架、上尾舱、下尾舱、左前舱、右前舱、底座、防撞架，其中基础框架为结构的核心参照和承力结构。
基础框架的上部为吊点，下方连接底座。
圆环状舱之间形成各种仪器装置的安装空间。
图2巨鱿仿生海底勘探智能机器人
作品的科学性先进性（必须说明与现有技术相比、该作品是否具有突出的实质性技术特点和显著进步。
请提供技术性分析说明和参考文献资料）
1、科学性及先进性
海洋中蕴藏着丰富的生物资源和矿产资源，随着陆地资源的枯竭，海洋资源的开发利用对人类发展和社会进步的推动作用越趋明显。
随着石油、天然气等海洋资源的开发从近海延伸到深海，水下机器人（也称无人潜水器）因其安全、高效、作业深度大、能在水下长时间工作而日益成为开发海洋资源的重要工具。
ROV因其经济性好、下水出水灵活性高、环境适应性好、作业效率高、使用有效等优点，得到了迅速发展。
随着功能及可靠性的迅速提高，ROV越来越被广泛地应用于海洋资源开发、水下工程、海底调查、打捞作业等领域。
2、参考文献
[1]王建国.水下机器人运动控制与故障诊断技术研究[D].哈尔滨工程大学,2011.
[2]郑昆山.基于喷水矢量推进水下机器人设计与研究[D].国防科学技术大学,2010
[3]吴恭兴.无人艇操纵性与智能控制技术研究[D].哈尔滨工程大学,2011
[4]姜大鹏.多水下机器人协调控制技术研究[D].哈尔滨工程大学,2011.
[5]王建国.水下机器人运动控制与故障诊断技术研究[D].哈尔滨工程大学,2011
[6]封锡盛.从有缆遥控水下机器人到自治水下机器人[J].中国工程科学,2000,（12）.
[7]梁霄.微小型水下机器人运动控制及可靠性研究[D].哈尔滨工程大学,2009
[8]李锡群,王志华.无人水下航行器（UUV）技术综述[J].船电技术,2003,（06）.
[9]喻丹.机动车驾驶人行为建模及可靠性分析[D].长沙理工大学,2011.
[10]齐林庆.自主式水下机器人测控系统软件设计与实现[D].中国海洋大学,2011
作品在何时、何地、何种机构举行的评审、鉴定、评比、展示等活动中获奖及鉴定结果
申报国家发明专利“巨鱿仿生海底勘探智能机器人”
申请号20130084513.02013年03月18日
作品所处
阶段
（B）A．实验室阶段B．中试阶段C．生产阶段
D．（自填）
技术转让方式
专利一次性转让
作品可展示的
形式
□实物、产品
模型
图纸□磁盘
现场演示
图片
录像
样品
使用说明及该作品的技术特点和优势，提供该作品的适应范围及推广前景的技术性说明及市场分析和经济效益预测
仿生机器人适用海底复杂环境和多种任务要求，应用前景广泛。
专利申报情况
提出专利申报
申报号0130084513.0
申报日期2013年03月18日
□已获专利权批准
批准号
批准日期年月日
□未提出专利申请
科研管理部门
签章
年月日
C.当前国内外同类课题研究水平概述
说明：
1.申报者可根据作品类别和情况填写；
2.填写此栏有助于评审。
ROV是最早得到开发和应用的无人潜水器，其研制始于20世纪50年代。
1960年美国研制成功了世界上第一台ROV-/CURV10。
1966年它与载人潜器配合，在西班牙外海找到了一颗失落在海底的氢弹,引起了极大的轰动，从此ROV技术开始引起人们的重视。
由于军事及海洋工程的需要及电子、计算机、材料等高新技术的发展，20世纪70年代和80年代，ROV的研发获得迅猛发展，ROV产业开始形成。
1975年,第一台商业化的ROV-/RCV-1250问世。
在ROV技术研究方面，美国、加拿大、英国、法国、德国、意大利、俄罗斯、日本等国处于领先地位。
我国对于水下机器人的研究与开发起步较晚，从七十年代末才开始研究，相比于欧美国家和日本，我国一直处于落后水平。
从七十年代末起，中国科学院沈阳自动化研究所和上海交通大学开始从事ROV的研究与开发工作，合作研制了我国第一个ROV“海人一号”，“海人一号”是我国独立自主研发的第一台大型水下机器人，在我国这是一项开拓性工作，它的成功开辟了我国水下机器人研究的新领域。
近二十年来，我国的水下机器人研究有了飞速发展，能够制造大中小型各种ROVs，在ROV的研制与开发方面也基本能够满足国内需求，在国际上也占有一席之地。
随着开发利用海洋资源的进程和关键技术的日趋成熟，可以预期，ROV会在作业能力、小型化及可靠性方面获得突破，适应能力将更好,应用会更广泛，在海洋资源开发利用、海底探测、水下工程、水下救助、军事和国防建设等方面将发挥更大的作用。
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