[发明专利]具有行走及游泳的复合移动功能的多关节海底机器人及海底探测系统

说明书

技术领域

本发明涉及具有步行与游泳的复合移动功能的多关节海底机器人及利用该多关节海底机器人的海底探测系统，更详细地，涉及与现有的以螺旋桨方式获得推力的海底机器人不同，利用由多个关节形成的腿接近海底面，并以步行与游泳的方式移动的新概念的能够进行复合移动的多关节海底机器人的海底探测系统。

背景技术

大海的平均水深为3800m，占在地球生命可生存的空间的99％，深海占该空间的85％，但人类甚至连深海的1％也未能观察到。并且，地球上的未被发现的生命的种类推算为1000万～3000万种，而到目前为止只发现了140万种。目前未被发现的大多数的种类生存在大海里。这反证了在过去的25年间在深海中平均每两周发现一种新的生命的事实。并且，随着陆地资源的枯竭，深海石油及煤气钻探工程从2002年总石油生产量的2％到2009年的8％，每年都在增长，且预计在2015年达到15％。2009年，韩国的国土海洋部与4家民间企业构成了“海底热液矿床开发事业团”，并计划在2012年以后正式在汤加矿区着手商业开发。像这样，海洋虽然具有巨大的探测的价值，但危险的海洋环境不允许人类轻易接近海底。无人海底机器人作为对这种问题的一种应对方案而被开发，到目前为止被全世界广泛利用，其利用范围也在逐渐扩大。根据作用，海底机器人可分为主要探测广阔区域的自律无人潜水艇以及在相对狭窄的区域执行精密作业的远程无人潜水艇(ROV)，而大部分的海底机器人使用螺旋桨作为推进装置利用。螺旋桨作为水中推进器使用了很长时间，很好地确立了对其推进原理的理论，在特定区域中的效力也高。但韩国的西海岸作为潮涨落之差较大、潮流较强且能见度并不好的特殊区域，利用通常所使用的螺旋桨推进方式的海底机器人很难进行海底精密作业。并且，在对由沉积土形成的深海进行精密现场勘查的情况下，螺旋桨的流动引起的海底的搅乱也会成为问题。

还具有借助不同于螺旋桨的形态的海底机器人而利用无限轨道的方法和利用多条腿的方法。作为仿生研究的一环，曾经开发过龙虾机器人[Joseph，A.(2004).Underwater walking，Arthropod Structure&Development Vol33，pp347-360.]。由此，分析了龙虾的机构学结构与步态，并体现了基于人工肌肉促动器与指令神经元的中央控制器。相比于实际工作用，上述机器人将焦点放在了识别仿生及研究步行方面。并且，曾经以勘擦海岸线为目的研究过水陆两用六腿步行机器人[Tanaka，T.，Sakai，H.，Akizono，J.(2004).Design concept of a prototype amphibious walking robot for automated shore line survey work，Oceans'04MTS/IEEE Techno-Ocean'04，pp834-839.]。通过上述机器人开发了防水型水中关节，并经过多次改善机器人，实现了轻量化。但由于将焦点放在向水中扩散陆地机器人，因此并没有实现流体力学观点的积极接近。另一方面，虽然开发过以利用踏板进行步行与游泳的方式设计的具有六个踏板的水陆两用机器人，但各个踏板作为一字流度的单纯的形态，并不是多关节多腿机器人的形态[Christina，G.，Meyer，N.，Martin，B.，Simulation of an underwater hexapod robot，Ocean Engineering，Vol36，pp39-47，2009，Theberge，M.and Dudek,G.，Gone swimming[seagoing robots]，IEEE spectrum，Vol43，No6，pp38-43，2006.]。

海底机器人(underwater robot)也可称为无人潜水艇(UUV，unmanned underwater vehicle)，大致可分为自律无人潜水艇(AUV)与远程无人潜水艇(ROV)。自律无人潜水艇主要使用于几百米至几百千米区域的科学勘擦或探测。到目前为止所开发的大部分的自律无人潜水艇使用为科学勘察或军事用目的。远程无人潜水艇由于几十厘米以下的位置精密度而使用于海底勘察或精密作业。远程无人潜水艇适用于包括埋设海底电缆在内的海底管道、海底结构物的保修等多种作业。

以如下方式简要说明远程无人潜水艇的利用领域。第一，防止由沉船的探测、打捞作业及沉船引起的油类流出工作，第二，海洋科学勘察与海洋资源的探测及开发，第三，海底结构物的设置、勘察支援及维护，第四，探测水雷、清除水雷等军事目的。