像衛(wèi)星探索宇宙空間一樣，水下機器人是人類的眼睛和手臂在海底的延伸。下面小編將帶您認識深水油氣開發(fā)的利器——水下機器人。

    中國在水下機器人研究方面起步雖晚，但通過不懈努力取得了巨大技術(shù)成果。2014 年我國自主研制的 6000 米 AUV（ 無纜水下機器人 ）“潛龍一號”在東北太平洋多金屬結(jié)核合同區(qū)成功下潛作業(yè)、“蛟龍?zhí)?rdquo;下水、“北極 ARV”助力科考，都彰顯了我國在水下機器人領(lǐng)域的研發(fā)決心和科研技術(shù)成果。

    未來 10 年將是中國水下機器人發(fā)展的關(guān)鍵期。與水下機器人最相關(guān)的三個行業(yè)是海洋油氣業(yè)、海洋漁業(yè)以及海洋礦業(yè)。

    一、水下機器人向深海進發(fā)

    水下機器人是工作于水下的極限作業(yè)機器人，能潛入水中代替人完成某些操作，又稱無人遙控潛水器。由于水下環(huán)境惡劣危險，人的潛水深度有限，所以水下機器人日益成為開發(fā)海洋的重要工具。

    水下機器人分類

    廣義上的水下機器人，也可稱作潛水器 （UnderwaterVehicles），是一種可在水下代替人，在充滿未知的海洋環(huán)境中完成某種任務(wù)的裝置。

    就外形看，目前大部分水下機器人是框架式或類似于潛艇的回轉(zhuǎn)細長體。隨著仿生技術(shù)的不斷發(fā)展，仿魚類形態(tài)和運動方式的水下機器人，將會不斷發(fā)展。

    根據(jù)是否載人，可將潛水器分為載人潛水器和無人潛水器。無人潛水器按照與水面支持系統(tǒng)間聯(lián)系方式的不同，可以分為有纜遙控水下機器人 （Remotely Operated Vehicle，簡稱ROV）、無纜水下機器人（Autonomous Underwater Vehicle，簡稱 AUV））兩種。有纜水下機器人都是遙控式的，根據(jù)運動方式不同可分為拖曳式、（ 海底 ） 移動式和浮游 （ 自航 ） 式三種。

    無纜水下機器人一般是自治式機器人（又稱智能機器人），它能夠依靠本身的自主決策和控制能力，高效率地完成預(yù)定任務(wù)，在一定程度上代表了目前水下機器人的發(fā)展趨勢。

    載人潛水器是由人工輸入信號操控各種動作，由潛水員和科學家通過觀察窗直接觀察外部環(huán)境。其優(yōu)點是由人工親自做出各種核心決策，便于處理各種復(fù)雜問題，但是人員面臨的危險性大。由于載人潛水器需要足夠的耐壓空間、可靠的生命安全保障和生命維持系統(tǒng)，使得潛水器體積龐大、系統(tǒng)復(fù)雜、造價高昂、工作環(huán)境受限。

    有纜水下機器人（ROV）需要由電纜從母船接受動力，且不需要人為干預(yù)。其主要由水面設(shè)備（包括操縱控制臺、電纜絞車、吊放設(shè)備、供電系統(tǒng)等）和水下設(shè)備（包括中繼器和潛水器本體）組成。潛水器本體在水下靠推進器運動，本體上裝有觀測設(shè)備（攝像機、照相機、照明燈等）和作業(yè)設(shè)備（機械手、切割器、清洗器等）。潛水器的水下運動和作業(yè)，是由操作員在水面母艦上控制和監(jiān)視，電纜向本體提供動力和交換信息，中繼器可減少電纜對本體運動的干擾。人們通過電纜對 ROV 進行遙控操作，電纜如同“臍帶”一樣，對 ROV 至關(guān)重要。但細長的電纜懸在海中，也成為 ROV 最脆弱部分，大大地限制了機器人的活動范圍和工作效率。

    無纜水下機器人（AUV）又稱自治水下機器人、智能水下機器人，是將人工智能、探測識別、信息融合、智能控制、系統(tǒng)集成等多方面技術(shù)，集中應(yīng)用于同一水下載體上，在沒有人工實時控制的情況下，自主決策、控制完成在復(fù)雜的海洋環(huán)境中的預(yù)定任務(wù)的機器人。是從簡單的遙控式向監(jiān)控式發(fā)展，即由母艦計算機和潛水器本體計算機實行遞階控制，它能對觀測信息進行加工，建立環(huán)境和內(nèi)部狀態(tài)模型。操作人員通過人機交互系統(tǒng)，以面向過程的抽象符號或語言下達命令，并接受經(jīng)計算機加工處理的信息，對潛水器的運行和動作過程進行監(jiān)視并排除故障。操作人員僅下達總?cè)蝿?wù)，機器人就能根據(jù)識別和分析環(huán)境，自動規(guī)劃行動、回避障礙、自主地完成指定任務(wù)。受益于近海油氣開發(fā)，我國無人有纜遙控潛水器急速放量。

    二、 我國水下機器人不懈努力跨越鴻溝

    我國對水下機器人的研究與開發(fā)起步較晚，從七十年代末才開始研究，相比歐美和日本，我國一直處于落后水平。

    我國的水下機器人研究，是從立足軍事需求起步的。七十年代末期，中國科學院沈陽自動化研究所和上海交通大學開始從事ROV的研究與開發(fā)， 合作研制了我國第一個 “海人一號” ROV，“海人一號”是我國獨立自主研發(fā)的第一臺大型水下機器人。

    目前 , 我國軍用水下機器人已經(jīng)形成系列，特別是 6000m 深水機器人的問世，表明我國在此領(lǐng)域已經(jīng)取得了一定成績。

    CR-01型無纜自治水下機器人

    CR-01 型無纜自治水下機器人是我國于 1992 年 6 月與俄羅斯科學院海洋技術(shù)研究所合作，于 1995 年 8 月研制成功的。其體長 4.37m，寬 0.8m，它在空氣中的重量為 1305.15kg，它的最大潛深 6000m，最大水下航速 2 節(jié)，續(xù)航能力 10h，定位精度為10m ～ 15m，它可在 6000m 水下進行攝像、拍照、測量海底地勢與剖面、海底沉物目標搜索和觀察、水文物理測量和海底多金屬結(jié)核豐度測量，并能自動記錄各種數(shù)據(jù)及其相應(yīng)的坐標位置。

    “潛龍一號”AUV

    2014 年 8 月 31 日，我國自主研制的 6000mAUV“潛龍一號”

    在東北太平洋多金屬結(jié)核合同區(qū)成功下潛作業(yè)，順利完成了綜合性能測試。“潛龍一號”長 4.6m、直徑 0.8m、重量為1500kg，最大工作水深 6000m，巡航速度 2 節(jié)，最大續(xù)航能力24h，配有淺地層剖面儀等探測設(shè)備，可完成海底微地形地貌精細探測、地質(zhì)判斷、海底水文參數(shù)測量和海底多金屬結(jié)核豐度測定等任務(wù)。

    “蛟龍”號載人潛水器

    2014 年 7 月，我國“蛟龍”號載人潛水器下潛作業(yè)，并對搭載的微型無人潛水器“龍珠”號進行試驗。“龍珠”號重量僅有 40kg，配有 3 部電動推進器，通過一根光纖與“蛟龍”號相連，由“蛟龍”號球艙內(nèi)的潛航員遙控控制，且自帶攝像機，可進行水下觀察和錄像，與“蛟龍”號互補形成更全面的觀測能力。在水下工作期間，“龍珠”號與“蛟龍”號按照預(yù)先規(guī)劃的協(xié)同作業(yè)流程“分工協(xié)作”、“默契配合”，完成了相互之間互動拍攝和“龍珠”號的釋放與回收等預(yù)定的工作任務(wù)，形成了兩種不同類型的潛水器在水下協(xié)同作業(yè)的新模式。

    “北極ARV”水下機器人

    “北極 ARV”水下機器人能夠在高緯度下實現(xiàn)對冰下海冰物理特征、水文和光學特性等的自主精確同步觀測，為我國北極科考提供了一種大范圍的先進、連續(xù)、實時的冰下觀測技術(shù)手段。新一代北極 ARV 通過水下機器人攜帶光通量測量儀，可連續(xù)測量出海冰吸收的太陽輻射能的空間變化，估算出同緯度更大范圍海冰對太陽輻射能的吸收，以此計算出太陽輻射對該緯度北極海冰融化的貢獻。

    三、水下機器人將何去何從

    向遠程發(fā)展

    太陽能自主水下機器人能解決遠程續(xù)航問題。智能水下機器人向遠程發(fā)展的技術(shù)障礙有三個：能源、遠程導(dǎo)航和實時通信。目前正在研究的各種可利用的能源系統(tǒng)，包括一次電池、二次電池、燃料電池、熱機及核能源。太陽能自主水下機器人需要浮到水面給機載能源系統(tǒng)充電，而這種可利用的能源又是無限的。

    向深海發(fā)展

    發(fā)展優(yōu)化 6000m 水深技術(shù)，成為許多國家的目標。海洋資源大多存儲于深海，6000m 以上水深的海洋面積，占海洋總面積的97％。 因此， 許多國家把發(fā)展6000m水深技術(shù)作為目標，美國、日本、俄羅斯等國，都先后研制了 6000m 級的無人潛航器。美國伍茲霍爾海洋研究所研制的深海探測器“ABE”，可在水深 6000m 的海底停留一年；日本 1993 年研制了工作水深為 11000m 的深海無人潛水器“海溝號”；中國的“潛龍一號”也具備了 6000m 深度的作業(yè)能力。

    向智能型發(fā)展

    增加水下機器人行為的智能水平，一直是各國科學家的努力目標。但由于目前的人工智能技術(shù)還不能滿足水下機器人智能水平增長的需要。因此，一方面，不能完全依賴于機器的智能，還需更多依賴傳感器和人的智能，打造監(jiān)控型水下機器人。另一方面，發(fā)展多機器人協(xié)同控制技術(shù)，也是未來自主水下機器人的重要發(fā)展方向。