智能保潔水面機(jī)器人運(yùn)用于上海蘇州河，提供保潔服務(wù)

近年來(lái)，工業(yè)污水、生活污水和農(nóng)業(yè)污水、畜禽污水等隨意排放直接導(dǎo)致河道自凈能力不斷減退，更嚴(yán)重的有機(jī)污染、底泥對(duì)水質(zhì)的污染、支流對(duì)干流的污染、不利的水動(dòng)力條件加劇了水質(zhì)的污染和水上航運(yùn)的影響。面對(duì)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(jī)器人來(lái)對(duì)蘇州河進(jìn)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(jī)器用于上海市蘇州河水面無(wú)人保潔服務(wù)。團(tuán)隊(duì)通過(guò)研發(fā)激光雷達(dá)、雙目立體視覺(jué)相機(jī)、毫米波雷達(dá)等多模融合感知技術(shù)，準(zhǔn)確地感知障礙物和識(shí)別橋梁等水面目標(biāo)，解決了水面機(jī)器人的智能感知問(wèn)題;研發(fā)衛(wèi)星導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航和電子羅盤融合的導(dǎo)航定位技術(shù)，解決城市復(fù)雜信號(hào)干擾情況下的定位導(dǎo)航問(wèn)題;為了解決無(wú)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(jì)算機(jī)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(wú)縫切換的混合動(dòng)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(jī)器人具有在多種河道運(yùn)行的通用性，可以根據(jù)需求進(jìn)一步擴(kuò)展用于水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測(cè)、水生態(tài)修復(fù)和治理、水文地質(zhì)探測(cè)和測(cè)繪、應(yīng)急救援、重要水域安防等，有望在上海和全國(guó)推廣應(yīng)用。

保潔水面機(jī)器人

“智能保潔一號(hào)”是由中科院合肥智能研究所研制成功的無(wú)人駕駛高智能水面機(jī)器人，最大排水量超過(guò)5噸，一次作業(yè)能清掃3m3以上的水面漂浮物。智能機(jī)械研究所研究人員通過(guò)數(shù)年的研究和技術(shù)攻關(guān)，研制出國(guó)內(nèi)首艘能在B級(jí)航區(qū)運(yùn)行的水面機(jī)器人，其功能和關(guān)鍵技術(shù)包括：具有全自主巡航、遠(yuǎn)程駕駛和遙控三種操作模式。該產(chǎn)品的研制成功，可取代人工進(jìn)行高效的水面清潔作業(yè)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛保潔船舶的產(chǎn)業(yè)化。該機(jī)器人具備在復(fù)雜水域和狹窄河道的自動(dòng)路徑識(shí)別和自動(dòng)避障能力，采用新能源混合動(dòng)力技術(shù)，具備船舶專用的新型動(dòng)力驅(qū)動(dòng)和能源管理系統(tǒng)。

針對(duì)黃浦江潮汐變化梯度大、流速快和岸壁效應(yīng)水體環(huán)境，船體和推進(jìn)系統(tǒng)采用協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)仿真，能在高速紊流B級(jí)航區(qū)適航，并研發(fā)了針對(duì)欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的多余度、多參數(shù)和多自由度自適應(yīng)控制系統(tǒng)，確保船體在復(fù)雜水域中巡航的敏捷性、可靠性和魯棒性。

機(jī)器視覺(jué)相機(jī)

是將通過(guò)鏡頭投影到傳感器的圖像傳送到能夠儲(chǔ)存、分析和(或者)顯示的機(jī)器設(shè)備上。機(jī)器視覺(jué)相機(jī)的目的是將通過(guò)鏡頭投影到傳感器的圖像傳送到能夠儲(chǔ)存、分析和(或者)顯示的機(jī)器設(shè)備上?？梢杂靡粋€(gè)簡(jiǎn)單的終端顯示圖像，例如利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)顯示、存儲(chǔ)以及分析圖像。

照芯片類型可以分為CCD相機(jī)、CMOS相機(jī);按照傳感器的結(jié)構(gòu)特性可以分為線陣相機(jī)、面陣相機(jī);按照掃描方式可以分為隔行掃描相機(jī)、逐行掃描相機(jī);按照分辨率大小可以分為普通分辨率相機(jī)、高分辨率相機(jī);按照輸出信號(hào)方式可以分為模擬相機(jī)、數(shù)字相機(jī);按照輸出色彩可以分為單色(黑白)相機(jī)、彩色相機(jī);按照輸出信號(hào)速度可以分為普通速度相機(jī)、高速相機(jī);按照響應(yīng)頻率范圍可以分為可見(jiàn)光(普通)相機(jī)、紅外相機(jī)、紫外相機(jī)等。

毫米波雷達(dá)

是工作在毫米波波段探測(cè)的雷達(dá)。通常毫米波是指30～300GHz頻域(波長(zhǎng)為1～10mm)的。毫米波的波長(zhǎng)介于微波和厘米波之間，因此毫米波雷達(dá)兼有微波雷達(dá)和光電雷達(dá)的一些優(yōu)點(diǎn)。同厘米波導(dǎo)引頭相比，毫米波導(dǎo)引頭具有體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高的特點(diǎn)。與紅外、激光、電視等光學(xué)導(dǎo)引頭相比，毫米波導(dǎo)引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強(qiáng)，具有全天候(大雨天除外)全天時(shí)的特點(diǎn)。另外，毫米波導(dǎo)引頭的抗干擾、反隱身能力也優(yōu)于其他微波導(dǎo)引頭 。毫米波雷達(dá)能分辨識(shí)別很小的目標(biāo)，而且能同時(shí)識(shí)別多個(gè)目標(biāo);具有成像能力，體積小、機(jī)動(dòng)性和隱蔽性好，在戰(zhàn)場(chǎng)上生存能力強(qiáng)。

電子羅盤

又稱數(shù)字羅盤，在現(xiàn)代技術(shù)條件中電子羅盤作為導(dǎo)航儀器或姿態(tài)傳感器已被廣泛應(yīng)用。電子羅盤與傳統(tǒng)指針式和平衡架結(jié)構(gòu)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(hào)通過(guò)處理可以實(shí)現(xiàn)數(shù)碼顯示，不僅可以用來(lái)指向，其數(shù)字信號(hào)可直接送到自動(dòng)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(dòng)和抗震性、航向精度較高、對(duì)干擾磁場(chǎng)有電子補(bǔ)償、可以集成到控制回路中進(jìn)行數(shù)據(jù)連接等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于航空、航天、機(jī)器人、航海、車輛自主導(dǎo)航等領(lǐng)域。

智能感知

即視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感知能力。人和動(dòng)物都具備，能夠通過(guò)各種智能感知能力與自然界進(jìn)行交互。感知智能是指將物理世界的信號(hào)通過(guò)攝像頭、麥克風(fēng)或者其他傳感器的硬件設(shè)備，借助語(yǔ)音識(shí)別、圖像識(shí)別等前沿技術(shù)，映射到數(shù)字世界，再將這些數(shù)字信息進(jìn)一步提升至可認(rèn)知的層次，比如記憶、理解、規(guī)劃、決策等等。而在這個(gè)過(guò)程中，人機(jī)界面的交互至關(guān)重要。人工智能的發(fā)展主要分為三個(gè)層次，即運(yùn)算智能、感知智能和認(rèn)知智能。

所謂運(yùn)算智能，是指計(jì)算機(jī)快速計(jì)算和記憶存儲(chǔ)的能力。所謂感知智能，是指通過(guò)各種傳感器獲取信息的能力。所謂認(rèn)知智能，是指機(jī)器具有理解、推理等能力。移動(dòng)機(jī)器人環(huán)境感知技術(shù)是實(shí)現(xiàn)自主機(jī)器人定位、導(dǎo)航的前提， 通過(guò)對(duì)周圍的環(huán)境進(jìn)行有效的感知，移動(dòng)機(jī)器人可以更好地進(jìn)行自主定位、環(huán)境探索與自主導(dǎo)航等基本任務(wù)的實(shí)施。環(huán)境感知技術(shù)是智能機(jī)器人自主行為理論中的重要研究?jī)?nèi)容，具有十分重要的研究意義。隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，傳感器在移動(dòng)機(jī)器人中得到了充分的使用，大大提高了智能移動(dòng)機(jī)器人對(duì)環(huán)境信息的獲取能力。

水面機(jī)器人功能和關(guān)鍵技術(shù)包括：具有全自主巡航、遠(yuǎn)程駕駛和遙控三種操作模式。該產(chǎn)品的研制成功，可取代人工進(jìn)行高效的水面清潔作業(yè)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛保潔船舶的產(chǎn)業(yè)化。機(jī)器人具備在復(fù)雜水域和狹窄河道的自動(dòng)路徑識(shí)別和自動(dòng)避障能力，采用新能源混合動(dòng)力技術(shù)，具備船舶專用的新型動(dòng)力驅(qū)動(dòng)和能源管理系統(tǒng)。為河流的治理發(fā)揮著重要作用。