“中國機器人的搖籃”沈陽自動化所取得累累碩果

2019年10月31日16:37:27 采集俠 64 views 網絡整理
摘要

蛟龍號7000米級海試 一個人能到達的最遠地方是哪里? 劉開周的答案是7062米下的大洋深處,在被公認為世界最深、最難征服的馬里亞納海溝。 而帶他前往的是中國自行設計、自主集成

“中國機器人的搖籃”沈陽自動化所取得累累碩果

蛟龍號7000米級海試

一個人能到達的最遠地方是哪里?


劉開周的答案是7062米下的大洋深處,在被公認為世界最深、最難征服的馬里亞納海溝。

而帶他前往的是中國自行設計、自主集成研制的“蛟龍”號載人潛水器,該潛水器成功完成了世界上首次在7000米深度近海底的自動定向、定深、定高、定速和懸停定位等5種全自動航行控制功能。

這項成果,讓國際水下機器人領域為之一振。

事實上,不只是水下機器人,過去數十年,中國科學院沈陽自動化研究所(簡稱“沈陽自動化所”)創造了中國機器人事業發展史上的20多個“第一”。從這里誕生的機器人上可九天“攬月”,下可五洋“探寶”,也能攀援在高山深澗與懸崖峭壁間。它們“代替”人們踏足環境險惡之地,協助人們完成未竟的夢想。

沈陽自動化所,被譽為“中國機器人的搖籃”。

1、“蛟龍”號的“大腦”


劉開周,沈陽自動化所研究員,是“蛟龍”號載人潛水器控制系統的開發者之一和潛航員,被中共中央、國務院授予“深潛英雄”稱號。

讀博士期間,劉開周師從中國工程院院士封錫盛,從事機器人半物理仿真平臺和水下機器人控制系統的研究與開發工作。劉開周介紹,控制系統相當于載人潛水器的“大腦”,而半物理仿真平臺是一套實時仿真系統,它本身就相當于一套虛擬的載人潛水器系統。

“中國機器人的搖籃”沈陽自動化所取得累累碩果

劉開周

“我們的責任是,保障潛水器安全可靠運行,盡可能減少試航員遠距離航行尋找目標的勞動強度。”劉開周說。

他們所開發的控制系統軟件可以在半物理仿真平臺進行調試和驗證,通過驗證后可直接下載到實際的載人潛水器控制系統中,這大大降低了載人潛水器的運行成本和相應的風險。同時還能對試航員進行全真培訓,極大提高了試航員的操作水平和熟練程度。

劉開周表示,相對于一般在水下最多十幾噸重的水下機器人而言,“蛟龍”號在水下可重達40多噸,“控制系統是一個新的挑戰,比如海水密度、水下壓縮、機械手操作等易受水流影響而多變,影響航行穩定和潛水器安全。”

為了克服"蛟龍"號參數時變、閉環系統各環節的不確定性問題,劉開周借鑒專家控制經驗,研究了基于模糊原理的控制參數在線自動調整的控制策略,以及基于數論的數據處理方法,實現了"蛟龍"號在復雜海洋環境下高精度導航定位、航行控制、載人艙內綜合信息顯控、水面監控、黑匣子數據分析和控制系統測試等功能。

這些,使得“蛟龍”號在7000多米深淵中“乖乖聽人指揮”,完成任務。

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“蛟龍”號首次突破7000米深度的3位下潛人員出艙

(劉開周、葉聰、楊波)

接手“蛟龍”號時,劉開周剛博士一年級。他坦承,起初還有些膽怯,“不敢接”。項目開始時,整個團隊傾盡全力,對系統的每個細節錙銖必較。他們每天都在問自己:“可能會發生什么情況?還可能會發生什么情況?”

海試“10小時”的背后,是水試、湖試的“數年功”。劉開周說,水池實驗也十分重要。在博士期間,他們下潛過60多次湖,80%的設計人員都下潛過,只有確認沒問題了,才能下海,“實驗室做出來的仿真算法跟真正在水里的情況幾乎完全不一樣,也許可以仿真一部分,但修正的任務才是最艱巨的。”

多年來,劉開周參與并一步步見證了“蛟龍”號從1000米、3000米、5000米到7000米的每一個里程碑。

在他看來,是使命感驅使著自己,一路向前——“在國家需要的時候,你在哪兒?你在干什么?做有準備的人,在國家真正需要你的時候,就不會出冷汗。”

2、海洋“幽靈”


2019年4月1日,中國南海,由沈陽自動化所完全自主研發、擁有自主知識產權的“海翼”號水下滑翔機順利回收。它不負眾望,再次創下新紀錄:連續工作時間長達211天,續航觀測距離3400多公里。

收到這一消息時,遠在3000余公里之外的沈陽,沈陽自動化所研究員、海洋機器人卓越創新中心主任俞建成自豪又激動。

近年來,“海翼”號所向披靡,創造了一個又一個驚人的世界紀錄:在馬里亞納海溝創下6329米的水下滑翔機世界深潛紀錄、實現國內最大規模的水下滑翔機集群組網觀測、首次在白令海布放的同時,也首次應用于中國北極科考……

作為“海翼”號水下滑翔機的設計師,俞建成十分清楚,16年來,“海翼”號取得光鮮成績的背后,是團隊成員朝乾夕惕的奮斗、日雕月琢的堅守。

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“蛟龍”號拍的冷泉區蜘蛛蟹

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