水下打撈是一種特種作業(yè)。早期的水下打撈，主要靠潛水員完成的。受生理條件限制，潛水員一般只能下潛到100米以?xún)?，而且需要岸邊或船上支持團隊的保護。

20世紀60年代，出現了遙控水下機器人，可以代替潛水員完成部分水下打撈作業(yè)，減小了勞動(dòng)強度和風(fēng)險。但是，仍然需要岸邊或船上人員近距操控，成本甚至高于潛水員打撈。近年來(lái)由于太陽(yáng)能和風(fēng)能技術(shù)水平的提高，以及無(wú)人無(wú)線(xiàn)技術(shù)的開(kāi)發(fā)，由太陽(yáng)能或風(fēng)能供電的水下打撈機器人的開(kāi)發(fā)層出不窮[1,2,3]。

本文研究設計了一種遠程控制、太陽(yáng)能風(fēng)能供電的水下打撈機器人，操縱人員可以借助無(wú)線(xiàn)圖像傳輸技術(shù)，引導打撈機器人到達指定水域，完成水下探查和打撈。因為采用太陽(yáng)能風(fēng)能供電，可以連續巡航、進(jìn)行大范圍的搜索。

太陽(yáng)能風(fēng)能水下打撈機器人由雙體無(wú)人船和水下打撈機器人組成，具有結構新穎、運輸方便、使用便捷的特點(diǎn)。

雙體無(wú)人船由模塊化雙體船體、可調節門(mén)架、太陽(yáng)能電池板、垂直軸風(fēng)力發(fā)電機、正反轉螺旋槳、防水電機、絞盤(pán)、測控模塊組成。雙體無(wú)人船因為配備了太陽(yáng)能風(fēng)能混合供電系統，晴天和風(fēng)雨天都能提供足夠電力，可以長(cháng)時(shí)間、大范圍攜帶水下打撈機器人巡航，并為打撈機器人提供能源供給和通訊中繼，大大降低了打撈作業(yè)成本和風(fēng)險。

水下打撈機器人由外殼、反向串聯(lián)推進(jìn)器組、水下機械手、姿態(tài)調節裝置、臍帶電纜、測控模塊組成。反向串聯(lián)推進(jìn)器組與姿態(tài)調節裝置配合，省去了垂向推進(jìn)器、橫向推進(jìn)器、射流水槍?zhuān)顾麓驌茩C器能輕松實(shí)現前后、左右、上下3個(gè)維度的平移，左右轉彎、上下俯仰2種維度的轉動(dòng)，配合水下機械手，能輕松打撈水下小型物體。

主要技術(shù)指標：小吃水深度200 mm；巡航速度1.5 km/h；續航距離18 km；錨定大深度100 m；太陽(yáng)能發(fā)電80 W;4級風(fēng)速發(fā)電50 W；整體外形尺寸：長(cháng)1 200 mm、寬400～1000 mm、高400～700 mm；空氣中重量88 kg。

借鑒國內外無(wú)人船的經(jīng)驗，仍然選擇雙體船結構，為無(wú)人船提供足夠浮力和穩定支撐?？紤]到長(cháng)途物流運輸和單人安裝維修，單個(gè)船體采用3模塊拼裝而成：中部是矩形船身，內部有蓄電池盒，整體的重心低；兩頭是等腰三角形船頭，外襯防撞橡膠墊。

用可調節門(mén)架聯(lián)接左右雙體船體，步進(jìn)電機驅動(dòng)螺桿旋轉，改變門(mén)架的跨度在400～1 000 mm范圍變化，高度在0～300 mm范圍變化，無(wú)人船的重心、螺旋槳淹沒(méi)深度和太陽(yáng)能電池的傾角受遠程控制，使無(wú)人船與工作環(huán)境相適應。

(1）航行狀態(tài)這種狀態(tài)為正常水域航行狀態(tài)。調節裝置處于中間狀態(tài)，正反向旋轉螺旋槳淹沒(méi)在水下，打撈機器人處于水面以上，航行時(shí)水阻力減小。這種情況下無(wú)人船的航速大，能夠快速到達打撈水域，進(jìn)行相關(guān)打撈作業(yè)，同時(shí)節省能源。

(2）水草狀態(tài)這種狀態(tài)無(wú)人船遇到茂密的水草。調節裝置收縮至小長(cháng)度，將無(wú)人船門(mén)架抬到高，螺旋槳的一半淹沒(méi)，一半未淹沒(méi)。水草不會(huì )纏繞螺旋槳，出水后沿切線(xiàn)向航道兩邊飛出。

(3）打撈狀態(tài)這種狀態(tài)為打撈機器人作業(yè)狀態(tài)。此時(shí)調節裝置伸展至大長(cháng)度，無(wú)人船重心降低，風(fēng)阻力減小，穩定性增強。

正反向旋轉螺旋槳由1個(gè)正向旋轉螺旋槳和1個(gè)反向旋轉螺旋槳配對而成。正向旋轉螺旋槳順時(shí)針轉動(dòng)，向后排水，產(chǎn)生向前推力；反向旋轉螺旋槳逆時(shí)針轉動(dòng)，向后排水，產(chǎn)生向前推力。正反轉螺旋槳配對，附加力矩相互抵消，無(wú)人船不會(huì )發(fā)生橫向傾斜。

主要技術(shù)指標：下潛大深度：100 m；大移動(dòng)速度：0.2 m/s；空氣中質(zhì)量:15 kg；外部尺寸：長(cháng)508 mm、寬382 mm、高322 mm；大可視距離（清水）5 m；清晰度420線(xiàn)（彩色）；機械手抓取質(zhì)量：10 kg。

殼體采用密封式結構，用防水材料制成密閉的流線(xiàn)形體，全部水下部件內藏在密封殼體內。密封式殼體的制作復雜，但不要求全部水下部件密封防水，擴大了選材范圍，降低了材料成本。另外水流阻力較小，可減小電機的功率和蓄電池的容量。

采用兩個(gè)推進(jìn)器背靠背組成一個(gè)反向串聯(lián)推進(jìn)器組，這種推進(jìn)器組的向前向后推力相同?？v向并列兩個(gè)反向串聯(lián)推進(jìn)器組，可實(shí)現原地轉彎。除此而外，還可實(shí)現左右橫移、原地噴水沖刷，省去了橫向推進(jìn)器和噴水水槍。

機械手嵌入于底座支架，用防水電磁鐵作為驅動(dòng)機構。機械手常態(tài)為閉合狀態(tài)。電磁鐵通電，機械手展開(kāi)，抓取物體；電磁鐵斷電，機械手依靠彈簧彈力復位，夾緊物體，這樣耗電少。

設置了姿態(tài)調節機構，能改變外殼軸向與水平面之間的下傾角。姿態(tài)調節機構主要是靠移動(dòng)密封式外殼內質(zhì)量塊的位置，改變重心位置：外殼現狀不變，浮心位置始終不變，這樣可改變下傾角。當下傾角為0°時(shí)，水下機器人在水平方向游動(dòng)；當下傾角為90°時(shí)，水下機器人在垂直方向游動(dòng)，可實(shí)現上下浮潛。下傾角可在0°至90°之間變化，水下機器人就能在縱向垂直面內斜向游動(dòng)，斜向游動(dòng)時(shí)將頭部對準目標，然后徑直游向目標，大大節省時(shí)間。采用姿態(tài)調節方法，可省去垂向推進(jìn)器和攝像機的搖頭機構。

太陽(yáng)能風(fēng)能水下打撈機器人采用太陽(yáng)能風(fēng)能混合能源，是綠色環(huán)保型產(chǎn)品，不會(huì )對打撈水域產(chǎn)生污染。它能在0.3～100 m水深范圍內巡航，甚至于水草茂密的灘涂、濕地，這是大型打撈船隊沒(méi)法實(shí)現的。它能連續打撈10 kg以?xún)人滦⌒臀矬w，完成水下標本采集、水下物證搜尋、水下遺物撈取等任務(wù)。

無(wú)人船空氣中重量80 kg，全部拆解后可以裝入長(cháng)600 mm、寬200 mm、高400 mm的4個(gè)包裝箱內；機器人空氣中質(zhì)量:15kg，可以裝入長(cháng)520 mm、寬400 mm、高350 mm的1個(gè)包裝箱內?？梢源畛孙w機、高鐵、大巴車(chē)，運輸方便。單人可以勝任現場(chǎng)安裝維護工作。

晴天，利用太陽(yáng)能發(fā)電；風(fēng)雨天，2級以上風(fēng)力，風(fēng)力發(fā)電機就能正常發(fā)電。蓄電池充滿(mǎn)電后，可以連續供電12小時(shí)，以巡航速度1.5 km/h計算，大連續巡航距離18 km，可以環(huán)繞20 km2的水域一圈。

太陽(yáng)能風(fēng)能水下打撈機器人經(jīng)濟實(shí)用性強、標準化程度高，將在交通、海事、公安、水利、水產(chǎn)、環(huán)保等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

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