據研究數據表明，水域中的廢棄物約有 70% 會沉入海底或分解成微塑料和納米塑料，總量高達 1000 萬噸。在 MAELSTROM 開展的一個研究項目中
，他們以人工智能係統為基礎，開發了一種自主式機器人，它可以在 20 米深水域處選擇性地識別和收集廢棄物。該係統通過基於 PC 的控製技術自動控製
，已於 2022 年 9 月在威尼斯運河通過了試運行。

　　如(ru)果(guo)想(xiang)要(yao)防(fang)止(zhi)垃(la)圾(ji)危(wei)害(hai)脆(cui)弱(ruo)的(de)水(shui)下(xia)生(sheng)態(tai)係(xi)統(tong)
，或(huo)者(zhe)防(fang)止(zhi)微(wei)塑(su)料(liao)和(he)納(na)米(mi)塑(su)料(liao)通(tong)過(guo)食(shi)物(wu)鏈(lian)進(jin)入(ru)我(wo)們(men)的(de)身(shen)體(ti)，就(jiu)必(bi)須(xu)阻(zu)止(zhi)水(shui)域(yu)受(shou)到(dao)進(jin)一(yi)步(bu)汙(wu)染(ran)，清(qing)理(li)水(shui)下(xia)垃(la)圾(ji)。這(zhe)正(zheng)是(shi)歐(ou)盟(meng)“地平線 2020” — MAELSTROM 項目的目標：開發和整合各項技術
，以識別
、清除、分揀各類海洋垃圾並將其轉化為原材料。為此

，一個由西班牙 TECNALIA 研究院、法國 CNRS-LIRMM 機器人研究所和意大利 Servizi Tecnici 公司組成的國際研究小組開發了“海底垃圾清理機器人”。其核心是一個配備抓手和抽吸裝置的水下機器人

，借助 8 個絞盤在六個自由度內靈活移動。

　　手動控製顯示屏：操作人員可以看到水深測量地形圖。該圖定位在機器人平台的內部區域（橙色矩形）的中心。紅色矩形表示安全工作區域，機器人平台與纜索之間不會發生碰撞。下方區域表示鋼纜的拉伸應力。

　　機器人通過傳感器和攝像頭探測海底垃圾，自動將自己定位在垃圾上方，並能舉起重達 130 公斤的物體（包括自行車、輪胎

、箱子和魚網）。較小的物體或漂浮在水麵上的塑料垃圾則通過抽吸裝置收集。“由(you)於(yu)我(wo)們(men)是(shi)在(zai)海(hai)麵(mian)上(shang)作(zuo)業(ye)，隻(zhi)有(you)在(zai)需(xu)要(yao)時(shi)才(cai)啟(qi)動(dong)抓(zhua)手(shou)或(huo)抽(chou)吸(xi)裝(zhuang)置(zhi)，因(yin)此(ci)我(wo)們(men)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)高(gao)選(xuan)擇(ze)性(xing)，最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)減(jian)少(shao)對(dui)海(hai)底(di)生(sheng)態(tai)係(xi)統(tong)的(de)影(ying)響(xiang)。”來自 TECNALIA 的 MAELSTROM 項目經理 Mariola Rodríguez 解釋道。

　　定位絞盤由倍福的 AX5118 伺服驅動器和 AM8071 伺服電機同步控製。“為了確保穩健、精確和快速定位，我們選擇了無刷同步伺服電機。”TECNALIA 纜索機器人團隊的電子工程師 Jose Gorrotxategi 指出。另一個優勢是驅動器采用了單電纜技術（OCT）
，減(jian)少(shao)了(le)絞(jiao)盤(pan)的(de)布(bu)線(xian)工(gong)作(zuo)和(he)空(kong)間(jian)需(xu)求(qiu)。絞(jiao)盤(pan)鋼(gang)索(suo)可(ke)確(que)保(bao)機(ji)器(qi)人(ren)支(zhi)架(jia)在(zai)水(shui)下(xia)精(jing)確(que)定(ding)位(wei)，並(bing)在(zai)水(shui)流(liu)湍(tuan)急(ji)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)保(bao)持(chi)高(gao)穩(wen)定(ding)性(xing)。電(dian)機(ji)軸(zhou)上(shang)的(de)編(bian)碼(ma)器(qi)可(ke)檢(jian)測(ce)電(dian)纜(lan)卷(juan)筒(tong)的(de)角(jiao)度(du)位(wei)置(zhi)和(he)轉(zhuan)數(shu)

，從(cong)而(er)間(jian)接(jie)確(que)定(ding)盤(pan)繞(rao)電(dian)纜(lan)的(de)長(chang)度(du)。

　　電dian磁ci製zhi動dong器qi和he力li傳chuan感gan器qi對dui纜lan索suo張zhang力li的de監jian測ce確que保bao了le應ying用yong所suo需xu的de安an全quan性xing。如ru果guo測ce量liang結jie果guo超chao出chu允yun許xu範fan圍wei，纜lan索suo機ji器qi人ren會hui立li即ji停ting止zhi工gong作zuo

，並bing顯xian示shi錯cuo誤wu信xin息xi。

　　水上水下傳感器集群

　　水下纜索機器人支架內裝有多個傳感器和攝像頭用於控製和監測
，支持手動、自動和遠程操作。“隻要水下能見度不是太低，就能手動控製攝像頭和照明燈。”TECNALIA 纜索機器人團隊的機械工程與控製工程師 Pierre-Elie Herve buchongdao。caozuorenyuankeyidianjishexiangtouhuamianzhongganxingqudehaidiweizhi，jiqirenjiuhuizidongkaojinzhexieweizhi。jiqirenzhijiashangdeyalichuanganqikejianceqianshuishendu，guanxingceliangdanyuan（IMU）可控製機器人在水中的位置。多普勒速度儀（DVL）通過四個聲納傳感器記錄移動平台與海底的距離及其相對速度。

　　其它傳感器（包括一個壓力傳感器）放置在水上浮橋上，用於在深度控製過程中補償大氣壓力的變化。兩個 GPS 實(shi)時(shi)動(dong)態(tai)定(ding)位(wei)裝(zhuang)置(zhi)實(shi)時(shi)確(que)定(ding)駁(bo)船(chuan)的(de)位(wei)置(zhi)和(he)垂(chui)直(zhi)方(fang)向(xiang)。來(lai)自(zi)這(zhe)些(xie)不(bu)同(tong)係(xi)統(tong)的(de)所(suo)有(you)數(shu)據(ju)都(dou)被(bei)整(zheng)合(he)到(dao)機(ji)器(qi)人(ren)的(de)控(kong)製(zhi)和(he)位(wei)置(zhi)調(tiao)節(jie)係(xi)統(tong)中(zhong)。例(li)如(ru)，根(gen)據(ju)這(zhe)些(xie)數(shu)值(zhi)，機(ji)器(qi)人(ren)平(ping)台(tai)可(ke)以(yi)精(jing)確(que)接(jie)近(jin)並(bing)保(bao)持(chi)之(zhi)前(qian)在(zai)深(shen)度(du)圖(tu)（水深測量地形圖）上選定的位置，從而提高機器人的工作效率。“這種能力已經在威尼斯瀉湖非常渾濁的水域中得到了充分彰顯。”Mariola Rodríguez 指出。

　　纜索機器人的控製和通信

　　水下電纜機器人共有 12 根軸（8 個絞盤和浮橋桅杆上的 4 個垂直活動滑塊）

，由 C6650 控製櫃式工業 PC 中安裝的 TwinCAT 3 控製。工業 PC 安裝在控製室的主控製櫃中。除了索力監測之外，係統（控製室、無線操控和絞盤）上的多個急停按鈕也可確保機器人安全運行。相應的安全邏輯由 TwinSAFE 邏輯端子模塊 EL6910 執行。帶抱閘的伺服驅動器通過 AX5805 TwinSAFE 驅動器選項卡集成到安全應用中。

　　另外四個配電模塊分散安裝在內含 I/O 接口模塊和索力測量電子裝置的纜索絞盤上。控製櫃與配電模塊之間的連接通過 Ethercat P 完成。Jose Gorrotxategi 評論道：“EtherCAT 技術的這一擴展使得直流供電和 EtherCAT 實時通信能夠通過一根電纜實現。”

　　AX5118 伺服驅動器控製纜索機器人的八個絞盤驅動裝置以及底座托架的四根軸。

　　機器人平台控製

　　操cao作zuo人ren員yuan通tong過guo操cao縱zong杆gan以yi及ji水shui下xia移yi動dong平ping台tai的de估gu計ji位wei置zhi和he移yi動dong平ping台tai上shang的de攝she像xiang頭tou控kong製zhi纜lan索suo機ji器qi人ren。除chu了le通tong過guo水shui下xia攝she像xiang頭tou進jin行xing視shi覺jiao控kong製zhi之zhi外wai，操cao作zuo人ren員yuan還hai可ke以yi通tong過guo HMI 選擇不同的控製模式，並根據傳感器數值監測所有功能。

　　用於水下感知的攝像機係統主要實現視覺伺服控製：操作人員一旦看到海洋垃圾（由於水比較渾濁
，距攝像頭的距離相對較短）
，就可以點擊攝像頭畫麵中的垃圾
，纜索機器人的移動平台就會自動靠近垃圾。

　　HMI 中還集成了通過 DVL xitongheshexiangtouchuangjiandeshendutu。caozuorenyuankeyixuanzehuamianzhongderenyiyigeweizhi，ranhouyidongpingtaijiuhuixianggaiweizhiyidong。chuleshoudongcaozuozhiwai，zhijiahainengzidongshibie
、鎖定和收集垃圾。“人工智能是實現這一切的基礎
，它能夠識別海洋垃圾，並選擇最合適的清除裝置。”Pierre-Elie Herve 解釋道。

　　針對海底垃圾清理機器人平台開發的軟件可以實時計算機器人的地理位置

，這要歸功於實時全球定位係統（實時動態測量或 RTK）和he負fu責ze測ce量liang和he報bao告gao位wei置zhi或huo方fang向xiang並bing同tong時shi監jian測ce和he控kong製zhi絞jiao盤pan的de慣guan性xing測ce量liang裝zhuang置zhi。此ci外wai
，海hai底di地di形xing圖tu上shang會hui顯xian示shi機ji器qi人ren和he垃la圾ji位wei置zhi。機ji器qi人ren既ji可ke以yi自zi主zhu移yi動dong，通tong過guo軟ruan件jian確que定ding“水中的運動軌跡”，也可以通過操縱杆手動控製。機器人移動時，攝像頭和聲學傳感器會掃描海底，測量深度（水深）並探測垃圾。這些數據都有地理坐標，並在地形圖上實時顯示。

　　關於德國倍福

　　倍福（Beckhoff）是一家專注於自動化新技術的德資企業，創立於 1980 年(nian)
，總(zong)部(bu)位(wei)於(yu)德(de)國(guo)威(wei)爾(er)市(shi)。作(zuo)為(wei)全(quan)球(qiu)自(zi)動(dong)化(hua)技(ji)術(shu)的(de)驅(qu)動(dong)者(zhe)，倍(bei)福(fu)定(ding)義(yi)了(le)自(zi)動(dong)化(hua)領(ling)域(yu)的(de)許(xu)多(duo)標(biao)準(zhun)，是(shi)國(guo)際(ji)標(biao)準(zhun)的(de)製(zhi)定(ding)者(zhe)和(he)推(tui)動(dong)者(zhe)。公(gong)司(si)所(suo)生(sheng)產(chan)的(de)工(gong)業(ye) PC、現場總線模塊、驅動產品和 TwinCAT 自動化軟件構成了一套完整的
、相互兼容的控製係統
，可為各個工控領域提供開放式自動化係統和完整的解決方案。經過 40 年的發展和努力，倍福已在世界各地設立 30 多家分支機構，加上全球的合作夥伴，業務遍及 70 多個國家和地區。

　　倍福於 1997 年進入中國市場，中國區總部落戶於上海市北高新產業園區
，現有員工 300 人
，辦事處遍及國內 30 座大中城市。創新產品和解決方案廣泛應用於風力發電、半導體

、光伏太陽能
、電子製造、金屬加工
、包裝機械、印刷機械
、塑料加工
、輪胎加工

、木材加工、玻璃機械、物流輸送以及樓宇自動化等眾多領域。

　　公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業以太網於 2014 年成為中國國家推薦性標準

，並已入編工信部的《國家智能製造標準體係建設指南》。作為一家技術驅動型公司

，倍福一直注重在技術上尋求突破創新，在業內享有“創新引擎”的美譽。倍福基於 PC 的控製技術具有良好的開放性
，它支持所有主流的工業通信協議，將 IT 技術
、互聯網和自動化技術完美融合在一起，為實現工業 4.0 和智能製造奠定了堅實的技術基礎。

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