最近交付给客户一台水下机器人，是我们第一次采用方形的耐压舱。客户很满意，跟我们说：之前交付的已经已经很好用了，新的更加好用。

自己的产品受到用户的认可，挺开心的。所以想展示一下对这台机器人的设计思路。也算是和行业内的朋友交流一下，讨论下方形舱能否成为浅水、近海、浅海（水深小于400米）环境中的标准设计。

一、客户需求

首先说一下客户需求。

客户的需求是高抗水流。ROV工作的海域风浪可能会比较大，使用水深为40米到60米。同时可能会碰撞到一些比较坚硬的物体。ROV能够搭载声呐、摄像头、补光灯。没有其他非常规的作业需求。要求设备具有一定的拓展性，无论是在舱内还是舱外。

整体上来说，这台ROV是客户的科研平台。客户要在这台机器人上做其他研究。

针对客户的需求，我们是这么设计水下机器人的。

二、整体设计方面

采用经典的六推进器布局。水平方向四个推进器，垂直方向两个推进器。

如果有需要，也可以升级为经典的八推进器布局，也就是水平方向、垂直方向均为四个推进器。

这次没有采用八推，有这么两个原因。

第一，还是想试试靠着机器人的结构，尤其是浮心和重心的位置，看看能不能实现比较好的水下自稳定。

我个人始终认为，如果浮心和重心的距离比较近的话，靠水下机器人的推进器的配合，在真实的海域中，还是比较难实现水下机器人的高抗水流。抗水流能力，一方面是通过推进器的运动来实现，另一方面，应该考虑重心和浮心的距离。这就是为什么我比较排斥八角对置的推进器布局。跟经典的八推进器布局相比，八角对置的推进器布局重心和浮心距离会比较近。不仅如此，八角对置的布局所能实现的功能，其实经典的八推进器布局都能实现，甚至控制算法会更简单。要是有人说八角对置的推进器布局更有利于发文章，那算了，当我没说。我们还是想着做简单、易用、可靠的产品。未来量产的时候也是如此。

第二，考虑到推进器的保护问题。八推的话，一般要把垂直方向推进器放到框架的外侧。要不然，放到内侧，就很容易和水平方向的推进器起冲突，或者得把机器人做得比较大。

第三，客户这次订购了两台。这次交付的是第一台。先让客户用一下，发现有哪些问题以后，我们在做第二台的时候再做修改。客户也说为未来留下一些升级的空间。

三、框架方面

框架方面，考虑可能的碰撞和方形舱的重量，采用了铝合金板，取代了之前的聚甲醛板，同时增加了斜拉筋。整个水下机器人非常牢固。为了防海水腐蚀，铝合金板材、斜拉筋都做了表面氧化处理。

铝合金非常坚固。我这个将近200斤的胖子站在上面，机器人也毫无压力。

四、方形舱设计

水下部分的设计图如下。

水下部分比较创新的是耐压舱方面，首次尝试用方形舱。方形舱尺寸为476*276*144毫米。

我们之前用的是圆柱形的耐压舱。这点也是受行业内现有设计和零部件供应商的影响。深海的水下机器人多为圆柱形舱，更加深的海，还有用球形舱的。球形舱的耐压能力应该是最好的。那么，为什么我们这次要用方形舱呢？

天下苦圆柱形舱久矣！

安装在舱内的电路板，常见的都是片状的。如STM32开发板、树莓派。

一些电源模块，常用的是立方体的比较多。（在这里强烈推荐大家采用环氧树脂灌封的电源。这种电源经常在汽车中使用，比较稳定可靠。且灌封后不会和其他电子元器件直接接触，还能一定程度上防水。）

这些片状的、立方体的零部件，安装在圆柱形的舱内的时候，就会带来一些问题。比如说，位置不好摆放，舱内空间利用率比较低，大功率电源的散热问题不好解决，等等。这些都让人非常闹心，尤其是大功率电源的散热问题。一台较为“正经的”（而不是花拳绣腿的）、能够进行稍微重型一些作业任务的水下机器人，重量基本上要达到30公斤以上的。这个重量只包括水下本体，不包括脐带缆、岸上控制基站的重量。小的机器人真的就是花拳绣腿，难堪重用。这点在7月底青岛举行的中国国际海洋水下机器人大赛已经证明了。

30公斤的水下机器人，整机功率可能要达到2000W以上。现在的电源，效率多为95%至98%。这就意味着，整个机器人的耐压舱里，将会有40W至100W发热功率。作为参考，常见的家用电热毯的发热功率在60W至100W之间。

热量聚集在耐压舱中散不出去的话，会影响电路的正常工作。一些电池供电的水下机器人，电池的热量散不出去的话，可能会导致电池自燃。当然在水下的话，水可以让耐压舱舱壁的热量更好地散出去。也就是说，水下的散热比空气中好。

一些电池驱动的水下机器人在水中没有电池自燃，反而在停止使用之后，在空气中电池自燃了，可能就是因为这个原因。

如果采用方形舱，电源可以很好地贴合方形舱的内壁。电源所产生的热量可以很好地传导至舱的外壁，很好地散出舱外。

既然圆柱形舱有这么多缺点，为什么现在设计的主流还是圆柱形舱？这主要是两方面的原因。

首先，应该是成本比较低。圆柱形的舱，主体部分就是透明的亚克力管、铝管切割而成的，再加上两端的两个法兰。用料较少，加工量也比较少。方形舱则不然。往往需要从铝锭开始加工，原材料比较重，加工量也比较大，导致成本比较高。同等容量下，方形舱的成本可能是圆柱形舱两到三倍。

其次，应该是行业内设计的惯性。水下机器人这行业，首先是用于深海的军事、科考，然后慢慢往民用的水下工程、消费级市场发展。在深海内，圆柱形舱的确是耐压性能好，是最优的选择。于是行业内就形成了惯性，在设计近海浅海的水下机器人时，依然采用圆柱形舱。

之前我们没尝试用方形舱，也是受上面第二个因素的影响更多。后来实在觉得圆柱形舱的散热是个问题。而且因为空间利用率低，圆柱形舱往往会显得比较臃肿，进而导致机器人整体的尺寸比较大，水阻力大。也考虑过用扁平的圆柱形舱，就是直径是高度的一倍以上的圆柱形舱。都设计好了。我们给这种新舱还起了个名字，叫“月饼舱”。但是还是对这种舱不是很满意。一咬牙一跺脚，在这次的订单中，采用了方形舱。结果是非常成功。方形舱内部的电路非常方便。客户还是挺满意的。

期待方形舱能够成为近海、浅海水下机器人领域新的设计标准！

今天分享就到这里。感谢各位的收看。水下机器人，