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过程自动化仪表在水下机器人的应用发布日期：2025-06-11 浏览次数：10111
过程自动化仪表在水下机器人中的应用，是将工业自动化领域的测量与控制技术与水下作业场景深度结合，通过传感器与控制单元实现对水下环境及机器人自身状态的监测与调控。以下从应用场景、具体功能、技术特点等方面展开说明。
一、水下机器人对过程自动化仪表的需求背景水下环境具有高压、强腐蚀、低能见度、复杂洋流等特点，水下机器人（如 ROV、AUV）需在该环境中完成探测、作业、监测等任务，因此需要通过过程自动化仪表实现：
1、环境参数感知：实时获取水下温度、压力、流量、液位（如机器人自身浮力状态）等数据，确保作业安全。
2、自身状态监控：监测机器人动力系统、液压系统、电气系统的运行参数，避免故障。
3、作业精准控制：在水下抓取、焊接、检测等操作中，通过仪表反馈实现动作的精确调节。
二、过程自动化仪表在水下机器人中的具体应用场景及功能
1、环境参数监测与感知
①压力测量仪表
应用场景：深海下潜时监测外部水压，防止机器人壳体过载；测量浮力调节舱内的气压，控制沉浮状态。
典型仪表：
压阻式压力传感器：精度高、响应快，可测量 0-110MPa（对应 11000 米深海）的水压。
差压变送器：用于监测机器人内外压差，判断壳体密封性，避免漏水。
案例：“奋斗者” 号载人潜水器通过高精度压力传感器实时监测万米深海水压，确保舱体安全。
②温度测量仪表
应用场景：监测海水温度变化（影响洋流和机器人动力效率）、电池组温度（防止过热失效）、液压油温度（保证传动系统稳定性）。
典型仪表：
铂电阻温度传感器（PT100）：精度高（±0.1℃）、稳定性好，适用于 - 200℃~850℃范围，如在 AUV 的电池舱内实时测温。
热电偶传感器：响应快，可用于高温区域（如水下焊接作业附近）的温度监测。
③流量与液位测量仪表
应用场景：
流量测量：监测推进器水流流量，优化动力控制；测量液压系统油液流量，判断管路是否堵塞。
液位测量：监测浮力调节舱内的液位，通过排水或注水调整机器人浮力，实现悬浮或下潜。
典型仪表：
电磁流量计：无机械部件，适用于海水等导电介质的流量测量，精度达 ±0.5%。
超声波液位计：通过声波反射测量浮力舱液位，不受介质腐蚀影响，如 ROV 的浮力调节系统。
2、机器人自身系统监控
①动力与传动系统监测
转速传感器：安装在推进器电机上，实时监测转速，确保动力输出稳定，如 AUV 的螺旋桨转速控制。
扭矩传感器：测量推进轴扭矩，判断是否因海草缠绕等原因导致负载异常，避免电机过载。
②液压与电气系统监测
压力与流量仪表：监测液压系统的油压和流量，防止管路泄漏或液压泵故障（如 ROV 的机械臂液压驱动系统）。
电流 / 电压传感器：监测电池组输出参数和电气设备运行状态，预警电量不足或电路故障。
③姿态与运动控制
惯性测量单元（IMU）：集成加速度计、陀螺仪等，属于广义的过程监测仪表，用于测量机器人的俯仰、横滚、偏航角度及运动加速度，辅助导航与姿态调整。
3、水下作业精准控制
①作业工具的参数反馈
力传感器：安装在机械臂末端，抓取物体时实时反馈抓取力，避免因用力过大损坏目标（如深海采样器抓取生物样本）。
位移传感器：监测机械臂关节移动量，实现精准定位，如水下焊接时控制焊枪位置。
②环境适应性调节
水质分析仪表：搭载 pH 传感器、溶解氧传感器等，监测海水酸碱度和含氧量，为海洋生态研究或污染监测提供数据（如 AUV 执行环境调查任务）。
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