合肥研究院研发智能保洁水面机器人运用于上海苏州河保洁服务

苏州河,长江支流黄浦江支流吴淞江上海段俗称,河沿岸是上海最初形成发展的中心,近年来,工业污水、生活污水和农业污水、畜禽污水等随意排放直接导致了苏州河的河道自净能力不断减退。严重的有机污染、底泥对水质的污染、支流对干流的污染、不利的水动力条件加剧了对苏州河水质的污染和水上航运的影响。上海历届市委、市政府对苏州河整治工作予以高度重视。

近期,由中科院合肥研究院固体所刘锦淮研究员课题组研制的智能保洁水面机器用于上海市苏州河水面无人保洁服务。

团队通过研发激光雷达、双目立体视觉相机、毫米波雷达等多模融合感知技术,准确地感知障碍物和识别桥梁等水面目标,解决了水面机器人的智能感知问题;研发卫星导航、惯性导航和电子罗盘融合的导航定位技术,解决城市复杂信号干扰情况下的定位导航问题;为了解决无人状态下系统的可靠性和冗余度,分别采用了嵌入式和工业控制计算机双操作系统并互为备份;采用了双路通信链路并互为备份;采用了无缝切换的混合动力系统;采用了完全物理隔离的多模操作方式,确保控制系统的安全性。

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该水面机器人具有在多种河道运行的通用性,可以根据需求进一步扩展用于水质移动监测、水生态修复和治理、水文地质探测和测绘、应急救援、重要水域安防等,有望在上海和全国推广应用。

保洁水面机器人

“智能保洁一号”是由中科院合肥智能研究所研制成功的无人驾驶高智能水面机器人,最大排水量超过5吨,一次作业能清扫3m3以上的水面漂浮物。智能机械研究所研究人员通过数年的研究和技术攻关,研制出国内首艘能在B级航区运行的水面机器人,其功能和关键技术包括:具有全自主巡航、远程驾驶和遥控三种操作模式。该产品的研制成功,可取代人工进行高效的水面清洁作业,实现无人驾驶保洁船舶的产业化。该机器人具备在复杂水域和狭窄河道的自动路径识别和自动避障能力,采用新能源混合动力技术,具备船舶专用的新型动力驱动和能源管理系统。

针对黄浦江潮汐变化梯度大、流速快和岸壁效应水体环境,船体和推进系统采用协同优化设计和动态仿真,能在高速紊流B级航区适航,并研发了针对欠驱动系统的多余度、多参数和多自由度自适应控制系统,确保船体在复杂水域中巡航的敏捷性、可靠性和鲁棒性。

机器视觉相机

是将通过镜头投影到传感器的图像传送到能够储存、分析和(或者)显示的机器设备上。机器视觉相机的目的是将通过镜头投影到传感器的图像传送到能够储存、分析和(或者)显示的机器设备上。可以用一个简单的终端显示图像,例如利用计算机系统显示、存储以及分析图像。

照芯片类型可以分为CCD相机、CMOS相机;按照传感器的结构特性可以分为线阵相机、面阵相机;按照扫描方式可以分为隔行扫描相机、逐行扫描相机;按照分辨率大小可以分为普通分辨率相机、高分辨率相机;按照输出信号方式可以分为模拟相机、数字相机;按照输出色彩可以分为单色(黑白)相机、彩色相机;按照输出信号速度可以分为普通速度相机、高速相机;按照响应频率范围可以分为可见光(普通)相机、红外相机、紫外相机等。

毫米波雷达

是工作在毫米波波段探测的雷达。通常毫米波是指30~300GHz频域(波长为1~10mm)的。毫米波的波长介于微波和厘米波之间,因此毫米波雷达兼有微波雷达和光电雷达的一些优点。同厘米波导引头相比,毫米波导引头具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。与红外、激光、电视等光学导引头相比,毫米波导引头穿透雾、烟、灰尘的能力强,具有全天候(大雨天除外)全天时的特点。另外,毫米波导引头的抗干扰、反隐身能力也优于其他微波导引头 。毫米波雷达能分辨识别很小的目标,而且能同时识别多个目标;具有成像能力,体积小、机动性和隐蔽性好,在战场上生存能力强。

电子罗盘

又称数字罗盘,在现代技术条件中电子罗盘作为导航仪器或姿态传感器已被广泛应用。电子罗盘与传统指针式和平衡架结构罗盘相比能耗低、体积小、重量轻、精度高、可微型化,其输出信号通过处理可以实现数码显示,不仅可以用来指向,其数字信号可直接送到自动舵,控制船舶的操纵。广为使用的是三轴捷联磁阻式数字磁罗盘,这种罗盘具有抗摇动和抗震性、航向精度较高、对干扰磁场有电子补偿、可以集成到控制回路中进行数据连接等优点,因而广泛应用于航空、航天、机器人、航海、车辆自主导航等领域。

智能感知

即视觉、听觉、触觉等感知能力。人和动物都具备,能够通过各种智能感知能力与自然界进行交互。感知智能是指将物理世界的信号通过摄像头、麦克风或者其他传感器的硬件设备,借助语音识别、图像识别等前沿技术,映射到数字世界,再将这些数字信息进一步提升至可认知的层次,比如记忆、理解、规划、决策等等。而在这个过程中,人机界面的交互至关重要。人工智能的发展主要分为三个层次,即运算智能、感知智能和认知智能。

所谓运算智能,是指计算机快速计算和记忆存储的能力。所谓感知智能,是指通过各种传感器获取信息的能力。所谓认知智能,是指机器具有理解、推理等能力。移动机器人环境感知技术是实现自主机器人定位、导航的前提, 通过对周围的环境进行有效的感知,移动机器人可以更好地进行自主定位、环境探索与自主导航等基本任务的实施。环境感知技术是智能机器人自主行为理论中的重要研究内容,具有十分重要的研究意义。随着传感器技术的发展,传感器在移动机器人中得到了充分的使用,大大提高了智能移动机器人对环境信息的获取能力。