科创实践｜海航赛优秀作品展：水下多功能航巡监测机器人

编者按：“筑海之路，育工之将”，为充分展现我院科创实践项目的丰硕成果，提升优秀项目的示范效应，本栏目将持续推送系列项目介绍。我院坚持以学生成长为中心，依托“本-硕-博”贯通的工科特色人才培养体系，构建了“本科生导师制—大学生创新训练—科技竞赛—实习实训”相融合的“一体四位”科研创新训练链条，同时，学院设有中山大学水下机器人研究学社、工程实训中心及学生创新实践作品展示空间，打造具有海工特色的第二课堂活动，系统培养学生的科研创新能力。

本期引语：全国海洋航行器设计与制作大赛是国内船舶与海洋工程领域级别最高的大学生竞赛之一，旨在发掘船海领域的创新型人才，助力海洋强国战略。第十四届大赛共有3345支队伍线下参赛，中山大学代表队面向复杂水下作业场景，创新性地融合矢量推进、多路视觉感知与模块化设计，成功打造出一款高机动、强感知、易扩展的自主水下作业平台——水下多功能航巡监测机器人，在B2设计与制作-水下组中脱颖而出，斩获全国二等奖，展现了我院学子在海洋智能装备领域的创新实力。
 

项目名称：水下多功能航巡监测机器人

项目等级：第十四届全国海洋航行器设计与制作大赛 全国二等奖

项目负责人：尹家栋 海洋工程与技术学院2024级博士研究生

成员介绍：

王武彬 海洋工程与技术学院2024级硕士研究生

黄奕境 海洋工程与技术学院2024级硕士研究生

黄志成 海洋工程与技术学院2024级博士研究生

于   航 海洋工程与技术学院2024级硕士研究生

指导教师：

张铁栋 教授

一、项目背景与研究意义

      水下机器人作为探索深海、保障海洋安全与开发海洋经济的核心智能装备，正迎来前所未有的发展机遇。当前，水下环境面临通信困难、能见度低、压力巨大等挑战，对机器人的自主决策、环境感知与高机动操控能力提出了极高要求。

      本项目围绕上述挑战，提出并研制了一款面向复杂水下作业场景的全自主、模块化水下作业平台（AUV），致力于提供高机动、强感知、易扩展的水下移动与作业解决方案。

二、总体设计

      本项目遵循“高机动、强感知、易扩展”的总体设计理念，构建稳定可靠、智能高效的水下移动与作业系统。具备六自由度精准操控、四路视频同步回传、目标识别与尺寸测量、紧急避障与机械抓取等综合能力。可广泛应用于水下巡检、安防布防、工程作业等场景。

三、创新亮点

1. 矢量推进系统：垂直推进器主动转向设计，搭载防缠绕保护罩与舵机，实现8推进器同向发力，机动性提升40%

2. 四路视觉中枢：基于树莓派5驱动四摄像头同步处理，集成低光增强、目标识别与尺寸测量算法链，实现智能感知

3. 便捷模块化架构：机械臂、云台、传感器支持10分钟内快速拆换，控制舱预留扩展接口，灵活适应多场景任务

4. 环保制造工艺：采用亚克力激光切割与PLA材料3D打印，大幅缩短生产周期，且材料可回收率高

四、主要功能

1. 六自由度精准操控，实现复杂轨迹运动

2. 720P四路视频同步回传，实时监控水下环境

3. 基于视觉的目标识别与尺寸测量，支持自主决策

4. 紧急避障与机械抓取

5. 续航最长达7小时

五、应用前景

水下巡检：管道检测、设施维护

安防布防：港口安全、水下警戒

工程作业：机械抓取、水下施工辅助

科研教学：为高校及研究所提供模块化、低成本的水下实验平台

六、收获体会与成长感悟

      从最初的设计图纸到最终在水池中完成自主巡航与目标抓取，“水下多功能航巡监测机器人”的每一步都凝聚着团队的心血。最难忘的是比赛前夜，团队还在连夜调试四路视觉同步算法，当画面终于稳定回传的那一刻，所有疲惫都化为了欢呼。

      团队成员深刻体会到，水下机器人创新不只看硬件有多强，更要看团队在有限条件下解决问题的能力。感谢指导老师的悉心点拨，也感谢队友们的相互支撑。未来，团队将继续打磨矢量推进与智能感知技术，让“水下多功能航巡监测机器人”真正走向实际应用。