近年來，工業(yè)污水、生活污水和農業(yè)污水、畜禽污水等隨意排放直接導致河道自凈能力不斷減退，更嚴重的有機污染、底泥對水質的污染、支流對干流的污染、不利的水動力條件加劇了水質的污染和水上航運的影響。面對該情況，蘇州河的整治工作被給予高度重視，甚至研究水面機器人來對蘇州河進行治理。
由中科院合肥研究院固體所劉錦淮研究員課題組研制的智能保潔水面機器用于上海市蘇州河水面無人保潔服務。團隊通過研發(fā)激光雷達、雙目立體視覺相機、毫米波雷達等多模融合感知技術，準確地感知障礙物和識別橋梁等水面目標，解決了水面機器人的智能感知問題;研發(fā)衛(wèi)星導航、慣性導航和電子羅盤融合的導航定位技術，解決城市復雜信號干擾情況下的定位導航問題;為了解決無人狀態(tài)下系統(tǒng)的可靠性和冗余度，分別采用了嵌入式和工業(yè)控制計算機雙操作系統(tǒng)并互為備份;采用了雙路通信鏈路并互為備份;采用了無縫切換的混合動力系統(tǒng);采用了完全物理隔離的多模操作方式，確?？刂葡到y(tǒng)的安全性。
該水面機器人具有在多種河道運行的通用性，可以根據(jù)需求進一步擴展用于水質移動監(jiān)測、水生態(tài)修復和治理、水文地質探測和測繪、應急救援、重要水域安防等，有望在上海和全國推廣應用。
保潔水面機器人
“智能保潔一號”是由中科院合肥智能研究所研制成功的無人駕駛高智能水面機器人，最大排水量超過5噸，一次作業(yè)能清掃3m3以上的水面漂浮物。智能機械研究所研究人員通過數(shù)年的研究和技術攻關，研制出國內首艘能在B級航區(qū)運行的水面機器人，其功能和關鍵技術包括：具有全自主巡航、遠程駕駛和遙控三種操作模式。該產品的研制成功，可取代人工進行高效的水面清潔作業(yè)，實現(xiàn)無人駕駛保潔船舶的產業(yè)化。該機器人具備在復雜水域和狹窄河道的自動路徑識別和自動避障能力，采用新能源混合動力技術，具備船舶專用的新型動力驅動和能源管理系統(tǒng)。
針對黃浦江潮汐變化梯度大、流速快和岸壁效應水體環(huán)境，船體和推進系統(tǒng)采用協(xié)同優(yōu)化設計和動態(tài)仿真，能在高速紊流B級航區(qū)適航，并研發(fā)了針對欠驅動系統(tǒng)的多余度、多參數(shù)和多自由度自適應控制系統(tǒng)，確保船體在復雜水域中巡航的敏捷性、可靠性和魯棒性。
機器視覺相機
是將通過鏡頭投影到傳感器的圖像傳送到能夠儲存、分析和(或者)顯示的機器設備上。機器視覺相機的目的是將通過鏡頭投影到傳感器的圖像傳送到能夠儲存、分析和(或者)顯示的機器設備上?？梢杂靡粋€簡單的終端顯示圖像，例如利用計算機系統(tǒng)顯示、存儲以及分析圖像。
照芯片類型可以分為CCD相機、CMOS相機;按照傳感器的結構特性可以分為線陣相機、面陣相機;按照掃描方式可以分為隔行掃描相機、逐行掃描相機;按照分辨率大小可以分為普通分辨率相機、高分辨率相機;按照輸出信號方式可以分為模擬相機、數(shù)字相機;按照輸出色彩可以分為單色(黑白)相機、彩色相機;按照輸出信號速度可以分為普通速度相機、高速相機;按照響應頻率范圍可以分為可見光(普通)相機、紅外相機、紫外相機等。
毫米波雷達
是工作在毫米波波段探測的雷達。通常毫米波是指30～300GHz頻域(波長為1～10mm)的。毫米波的波長介于微波和厘米波之間，因此毫米波雷達兼有微波雷達和光電雷達的一些優(yōu)點。同厘米波導引頭相比，毫米波導引頭具有體積小、質量輕和空間分辨率高的特點。與紅外、激光、電視等光學導引頭相比，毫米波導引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強，具有全天候(大雨天除外)全天時的特點。另外，毫米波導引頭的抗干擾、反隱身能力也優(yōu)于其他微波導引頭 。毫米波雷達能分辨識別很小的目標，而且能同時識別多個目標;具有成像能力，體積小、機動性和隱蔽性好，在戰(zhàn)場上生存能力強。
電子羅盤
又稱數(shù)字羅盤，在現(xiàn)代技術條件中電子羅盤作為導航儀器或姿態(tài)傳感器已被廣泛應用。電子羅盤與傳統(tǒng)指針式和平衡架結構羅盤相比能耗低、體積小、重量輕、精度高、可微型化，其輸出信號通過處理可以實現(xiàn)數(shù)碼顯示，不僅可以用來指向，其數(shù)字信號可直接送到自動舵，控制船舶的操縱。廣為使用的是三軸捷聯(lián)磁阻式數(shù)字磁羅盤，這種羅盤具有抗搖動和抗震性、航向精度較高、對干擾磁場有電子補償、可以集成到控制回路中進行數(shù)據(jù)連接等優(yōu)點，因而廣泛應用于航空、航天、機器人、航海、車輛自主導航等領域。
智能感知
即視覺、聽覺、觸覺等感知能力。人和動物都具備，能夠通過各種智能感知能力與自然界進行交互。感知智能是指將物理世界的信號通過攝像頭、麥克風或者其他傳感器的硬件設備，借助語音識別、圖像識別等前沿技術，映射到數(shù)字世界，再將這些數(shù)字信息進一步提升至可認知的層次，比如記憶、理解、規(guī)劃、決策等等。而在這個過程中，人機界面的交互至關重要。人工智能的發(fā)展主要分為三個層次，即運算智能、感知智能和認知智能。
所謂運算智能，是指計算機快速計算和記憶存儲的能力。所謂感知智能，是指通過各種傳感器獲取信息的能力。所謂認知智能，是指機器具有理解、推理等能力。移動機器人環(huán)境感知技術是實現(xiàn)自主機器人定位、導航的前提， 通過對周圍的環(huán)境進行有效的感知，移動機器人可以更好地進行自主定位、環(huán)境探索與自主導航等基本任務的實施。環(huán)境感知技術是智能機器人自主行為理論中的重要研究內容，具有十分重要的研究意義。隨著傳感器技術的發(fā)展，傳感器在移動機器人中得到了充分的使用，大大提高了智能移動機器人對環(huán)境信息的獲取能力。
水面機器人功能和關鍵技術包括：具有全自主巡航、遠程駕駛和遙控三種操作模式。該產品的研制成功，可取代人工進行高效的水面清潔作業(yè)，實現(xiàn)無人駕駛保潔船舶的產業(yè)化。機器人具備在復雜水域和狹窄河道的自動路徑識別和自動避障能力，采用新能源混合動力技術，具備船舶專用的新型動力驅動和能源管理系統(tǒng)。為河流的治理發(fā)揮著重要作用。
下載文檔
