低成本自主水下航行器 Lo-MARVE：為海洋探索而設計

Core Concepts

本文介紹了一款低成本自主水下航行器 (AUV) Lo-MARVE，並證明了其在淺水環境中進行水下探索和環境監測的可行性。

Abstract

Lo-MARVE: 一款低成本自主水下航行器

Mason, K., & Kelly, D. (2024). LO-MARVE: A LOW COST AUTONOMOUS UNDERWATER VEHICLE FOR MARINE EXPLORATION. Proceedings of the 12th International Conference on Control, Mechatronics and Automation (ICCMA 2024), London, UK, November 11-13, 2024.

本研究旨在設計和開發一款極低成本的自主水下航行器 (AUV) Lo-MARVE，並通過實際部署驗證其在海洋機器人研究中的功能。

Key Insights Distilled From

Lo-MARVE: A Low Cost Autonomous Underwater Vehicle for Marine Exploration

by Karl Mason, ... at arxiv.org 11-14-2024

https://arxiv.org/pdf/2411.08605.pdf

Deeper Inquiries

Lo-MARVE 如何應用於海洋生物監測或水下考古等特定領域？

Lo-MARVE 作為一款低成本 AUV，其設計理念強調模組化和易於調整，這使得它能夠針對海洋生物監測或水下考古等特定領域進行客製化改裝，以滿足特定研究需求。
海洋生物監測：

感測器整合： Lo-MARVE 可以整合水質監測感測器（如濁度、pH 值、溶解氧等），以及用於生物識別的聲納系統或高解析度相機。
自主導航： Lo-MARVE 的自主導航能力使其能夠沿著預設路徑進行數據採集，或者根據感測器數據動態調整路線，追蹤特定生物族群或監測環境變化。
低成本優勢： Lo-MARVE 的低成本優勢允許研究人員部署多個 AUV 組成監測網絡，實現更大範圍、同步化的數據採集，提高監測效率和數據覆蓋面。
水下考古：

影像記錄： Lo-MARVE 可以搭載高解析度相機和照明設備，對水下考古遺址進行詳細的影像記錄，輔助考古學家進行遺址測繪和文物分析。
三維建模： 結合聲納系統和影像數據，Lo-MARVE 可以協助構建水下考古遺址的三維模型，為考古學家提供更直觀的遺址全貌和空間資訊。
非侵入式調查： Lo-MARVE 的小型化設計和精確操控能力使其能夠在不損壞遺址的情況下進行近距離觀察和數據採集，最大程度地保護水下文化遺產。
總之，Lo-MARVE 的低成本、模組化設計和自主導航能力為其在海洋生物監測和水下考古等領域的應用提供了巨大潛力。通過根據特定需求進行客製化改裝，Lo-MARVE 能夠有效地協助研究人員進行數據採集、環境監測和遺址調查，推動相關領域的發展。

相較於高成本的 AUV，Lo-MARVE 在數據精度和功能方面有哪些妥協？

Lo-MARVE 作為一款主打低成本的 AUV，其設計理念是在成本和性能之間取得平衡，因此在數據精度和功能方面相較於高成本 AUV 存在一些妥協：
數據精度方面：

感測器精度： Lo-MARVE 為了控制成本，使用了價格較低的感測器，這些感測器在精度和穩定性方面可能不及高成本 AUV 所使用的專業級感測器。
導航精度： Lo-MARVE 的導航系統依賴於低成本的慣性測量單元（IMU）和羅盤，其累積誤差較大，定位精度不如高成本 AUV 使用的高精度慣性導航系統或水下定位系統。
功能方面：

續航能力： Lo-MARVE 受限於電池容量和功耗，其水下作業時間和航程相對較短，無法滿足長時間、大範圍的作業需求。
作業深度： Lo-MARVE 的設計和材料選擇主要針對淺水環境，其最大作業深度有限，無法像高成本 AUV 那樣進行深海探測。
抗流能力： Lo-MARVE 的推進系統功率相對較低，其抗流能力有限，在水流較強的環境下作業可能會影響其穩定性和操控性。
總之，Lo-MARVE 在數據精度和功能方面做出了一些妥協，以實現其低成本的目標。然而，對於預算有限的研究項目或初步探索性研究而言，Lo-MARVE 提供了一個經濟實惠的選擇，其基本功能足以滿足許多淺水環境下的數據採集和觀測需求。

Lo-MARVE 的低成本設計理念是否可以應用於其他類型的機器人或自動化系統？

Lo-MARVE 的低成本設計理念，即在成本和性能之間取得平衡，並強調模組化和易於調整，完全可以應用於其他類型的機器人或自動化系統，例如：

無人機（UAV）： Lo-MARVE 的模組化設計理念可以應用於開發低成本無人機，例如使用廉價的飛行控制器、感測器和機體材料，同時保持基本的飛行控制和數據採集功能，可用於農業監測、環境監測等領域。
地面機器人： Lo-MARVE 的低成本設計理念可以應用於開發用於物流、巡檢、服務等領域的低成本地面機器人，例如使用價格較低的輪胎、馬達和感測器，同時通過優化設計和算法來保證機器人的基本功能和可靠性。
教育機器人： Lo-MARVE 的低成本和易於調整的特性使其成為開發教育機器人的理想平台，學生可以通過組裝和編程 Lo-MARVE，學習機器人技術、編程和海洋知識。
應用 Lo-MARVE 低成本設計理念的關鍵在於：

明確核心功能： 確定機器人或自動化系統的核心功能，並將資源集中於實現這些功能，避免過度追求高成本的附加功能。
採用模組化設計： 將機器人或自動化系統設計成模組化結構，方便使用不同廠商的廉價組件進行替換和升級，降低製造成本。
開源軟硬件： 採用開源的軟硬件平台，可以降低開發成本，並利用開源社區的力量加速產品迭代和功能完善。
總之，Lo-MARVE 的低成本設計理念為其他機器人或自動化系統的開發提供了一個很好的借鑒，通過在成本和性能之間取得平衡，並採用模組化、開源等設計策略，可以開發出更多經濟實惠、功能實用的機器人產品，推動機器人技術在更廣泛的領域得到應用。