Seafloor Crawlers：用于挑战任务的新机器人工具

图1：Sea Otter Surf Zone Crawler

图2：海獭梯形搜索模式

表格1

图3：带有拖曳有效载荷雪橇的Sea Ox

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回到大海
人们普遍认为生命始于海洋，并逐渐转移到陆地上。在履带式机器人的情况下，这种趋势是相反的。在21世纪初期，在重要的国防需求的推动下，紧凑型地面机器人迅速发展。来自iRobot的PackBot和来自Foster-Miller的Talon等产品开创了便携式高性能地面机器人。在恶劣环境中运行的需求使这些工具变得坚固并且启发了完全防水的变型。不幸的是，当时储能，自治和遥测的限制使海底爬行机器人成为一种新奇而不是富有成效的工具。这已经改变了。

通过冲浪
如今，C-2 Innovations，Inc。（C2I）已开发出一系列功能强大的生产就绪海底爬行机器人，可将用户带回冲浪区并进入大海。这个家族包括紧凑的海獭和更大的海牛。

图1中的Sea Otter Surf Zone Crawler（SZC）是第二代完全自主的两栖底履履带式挖掘机，能够通过高水流状态在陆地上以100米的深度运行。如果没有系绳，系统可以在先前系统无法操作的区域和电流中运行。

C-2i水獭可以在陆地上行驶16公里或在陆地上行驶20公里，并且可以保持一个月的驻地;返回命令或预先安排的超时。在混合环境中操作的能力是独一无二的，而SZC允许访问表面工艺，游泳者或基于人类的技术所不具备的区域。 Sea Otter SZC在较低能量边界层运行时具有负浮力。低调进一步减小了电流阻力。该车辆在1.5米的冲浪冲浪中运行，可以穿越不会支撑人力负荷的软地形。最近的测试证明了能够携带40公斤的有效载荷以及在各种海洋表面上牵引45公斤的雪橇。

Otter-SZC的规格包括：

• 对称双面操作，适用于重型冲浪
• 重量：45公斤干燥，1米长，55厘米宽，25厘米高（可扩展长度和宽度）
• 速度：正向或反向，可变高达1米/秒
• 导航：3轴IMU，FOG，双编码器，双面，双频GPS
• 控制：用户选择完全自主（预编程），系绳或无线电控制
• 电池：可充电锂离子电池
• 端口：充电端口，编程以太网端口，两个客户端以太网端口

Sea Otter设计采用模块化设计。右舷和左舷侧浮筒是核心件，但可以通过加长惰轮链轮支架或更换连接桥来改变长度，宽度和离地间隙。目前的设计包括两个以太网客户端口和内部空间，用于附加电路板，如数据采集或视频板。

模块化设计允许在几分钟内安装带式有效载荷，无需考虑有效载荷的形状，体积或重量。有效载荷包括盐度，浊度，声速，各种摄像机，成像声纳，可释放浮标，土壤透度计和电磁传感器雪橇等。

电池和所有电子元件都包含在轨道容积内，最大限度地增加了有效载荷舱的自由体积，同时最大限度地减少了“触底”。宽轨道导致地面压力小于1.3千帕，干燥时为0.43千帕，淹没时为0.43千帕。轨道设计可以进行修改，以获得更大的抓​​地力，或者做得更宽更长，以减少接地压力。添加挡泥板以最小化湍流和阻力。

通过融合来自单轴光纤陀螺（FOG）和3轴惯性测量单元的数据来实现自主导航精度。双频GPS在浮出水面时接收固定，并用作交叉检查位置。每个驱动侧的轴编码器测量行进距离。

通常已达到总范围的2％的精度。计算转向（TIP）和弧形转弯以保持路径精度。图2显示了沿缅因州约克郡韦尔斯海滩的预编程梯形搜索模式。在潮汐高且系统被淹没时进行测试（注意照片处于退潮状态）。

除了海獭之外，还有更大的变种。 Sea Ox是一种多功能的海底底部履带式挖掘机，专为海底测绘和采样而设计。与Sea Otter一样，模块化设计允许轻松运输，存储和部署。该系统设计为自主运行或通过系留或RF命令运行。 Sea Ox的标准配置为122 x 122 x 30 cm，但可以快速扩展以增加范围或牵引能力。如图3所示，Sea Ox有一个32公里的海底范围，可以通过增加64英里的电池组来扩展。拖拉机的总重量为113千克，如果在高海浪中操作，可以压载到230千克。

Sea Ox最初设计用于牵引仪表雪橇，该雪橇包含由White River Technologies，Inc。设计的双电磁感应（EMI）线圈.60 x 180 cm雪橇重30千克，包括仪表。在不考虑浮力或体积因素的情况下，Sea Ox及其雪橇已用于螺栓固定其他客户仪器包，如CTD，溶解氧（DO），声波记录仪，声学成像仪和声学多普勒电流分析仪（ADCP） 。正在开发的是一种多次取心取芯系统，用于从海底环境中带回物理样品。

两个引人注目的应用
海底爬行机器人不是简单的新奇事物;它们可以实现许多关键应用Sea Ox的两栖性质允许在陆地上运行，包括过渡区域，深度为100米。较低的30厘米轮廓通过在较低速度的土壤/水边界层中操作来减少阻力，并允许其在地面交通下不显眼地操作。宽轨道产生极低的0.0186巴的地面压力，可以通过极其柔软的地面，比人类低一个数量级。水下距离为16公里（水面面积超过32公里），可以在一天内对整个海滩进行调查。 Sea Ox的模块化设计使其可以通过敏感的海滩区域进行手动操作，并且可以由一个人从岸上发射和回收;将调查成本降低到传统系统的一小部分，在这些系统中，物流成本可能超过实际运行的成本。最近的一些应用证明了这种潜力。

未爆炸弹药补救
Sea Ox是一个便携式底部移动平台，用于过渡，冲浪和非常浅水区域的UXO调查。由美国国防部环境安全技术认证计划（ESTCP）资助的美国国防部环境技术示范和验证计划证明：

• 低调设计允许系统在边界区域中操作，从而最大限度地减少对电流的暴露并最大限度地减少阻力和波浪冲击
• 强大的模块化轻型设计允许调整占地面积和压载物，以适应低轴承压力土壤和泥土的运输，同时为拉动仪表雪橇提供牵引力
• 模块化和现场组装允许单人运输跨越环境敏感或困难的地形
• 极低的自生电磁（EM）和声学噪声，可最大限度地减少仪器干扰
  在这次任务中，Sea Ox拖曳了White River Technologies，Inc。（WRT）的海洋化Flex-EM探测器阵列。

项目目标是：

• 评估通过一系列地形和海洋状态的携带和拖曳仪器包进行综合地球物理调查的能力
• 用拖曳包制定机动策略
• 确定映射，覆盖精度
• 评估较小模块化设计的操作优势
• 显示完整的生命周期成本效益，包括动员和复员，现场特定车辆改造环境和有效载荷支持，卡车恢复和维护和修理

这些都完成了。功能更强大的Sea Ox采用模块化设计，配备单个工具组件，最大组件重量为25kg。它可以为多地点，自我部署的昼夜和季节性地点特征提供长达一年的站点保存。

继续。 。 。
海底履带式挖掘机是一种新兴的海底机器人技术。通过改进的组件技术，这些工具现在可以提供有用的性能。通过冲浪区进行持续，精确的测量，现在有可行的机器人平台将我们带回大海。