水下機器人
無人遙控潛水器主要有：有纜遙控潛水器和無纜遙控潛水器兩種，其中有纜遙控潛水器又分為水中自航式、拖航式和能在海底結(jié)構(gòu)物上爬行式三種。
發(fā)展歷程 編輯本段
1953年第一艘無人遙控潛水器問世，到1974年的20年里，全世界共研制了20艘無人遙控潛水器。[7]特別是1974年以后，由于海洋油氣業(yè)的迅速發(fā)展，無人遙控潛水器也得到飛速發(fā)展。
無人有纜潛水器的研制80年代進入了較快的發(fā)展時期。1975至1985年是遙控潛水器大發(fā)展時期。到1981年，無人遙控潛水器發(fā)展到了400余艘，其中90%以上是直接或間接為海洋石油開采業(yè)服務(wù)的。海洋石油和天然氣開發(fā)的需要，推動了潛水器理論和應(yīng)用的研究，潛水器的數(shù)量和種類都有顯著地增長。載人潛水器和無人遙控潛水器（包括有纜遙控潛水器、水底爬行潛水器、拖航潛水器、無纜潛水器）在海洋調(diào)查、海洋石油開發(fā)、救撈等方面發(fā)揮了較大的作用。
1985年，潛水器又進入一個新的發(fā)展時期。80年代以來，中國也開展了水下機器人的研究和開發(fā)，研制出
“海人”1號(HR-1)水下機器人，成功地進行水下實驗。1988年，無人遙控潛水器又得到長足發(fā)展，猛增到958艘，比1981年增加了110%。這個時期增加的潛水器多數(shù)為有纜遙控潛水器，大約為800艘上下，其中420余艘是直接為海上池氣開采用的。無人無纜潛水器的發(fā)展相對慢一些，只研制出26艘，其中工業(yè)用的儀8艘，其他的均用于軍事和科學(xué)研究。另外，載人和無人混合理潛水器在這個時期也得到發(fā)展，已經(jīng)研制出32艘，其中28艘用于工業(yè)服務(wù)。
水下機器人
1980年法國國家海洋開發(fā)中心建造了“逆戟鯨”號無人無纜潛水器，最大潛深為6000米。“逆朗鯨”號潛水器先后進行過130多次深潛作業(yè)，完成了太平洋海底錳結(jié)核調(diào)查海底峽谷調(diào)查、太平洋和地中海海底電纜事故調(diào)查、洋中脊調(diào)查等重大課題任務(wù)。1987年，法國國家海彈開發(fā)中心又與一家公司合作，共同建造“埃里特”聲學(xué)遙控潛水器。用于水下鉆井機檢查、海底油機設(shè)備安裝、油管輔設(shè)、錨纜加固等復(fù)雜作業(yè)。這種聲學(xué)遙控潛水器的智能程度要比“逆戟鯨”號高許多。
水下機器人
1987年，日本海事科學(xué)技術(shù)中心研究成功深海無人遙控潛水器“海鲀3K”號，可下潛3300米。研制“海鲀3K”號的目的，是為了在載人潛水之前對預(yù)定潛水點進行調(diào)查而設(shè)計的，供專門從事深海研究的，同時，也可利用“海鲀3K”號進行海底救護。“海鲀3K”號屬于有纜式潛水器，在設(shè)計上有前后、上下、左右三個方向各配置兩套動力裝置，基本能滿足深海采集樣品的需要。1988年，該技術(shù)中心配合“深海6500”號載人潛水器進行深海調(diào)查作業(yè)的需要，建造了萬米級無人遙控潛水器。這種潛水器由工作母船進行控制操作，可以較長時間進行深海調(diào)查。這種潛水器可望在1992年內(nèi)建成，總投資為40億日元。日本對于無人有纜潛水器的研制比較重視，不僅有研究項目，而且還有較大型的長遠計劃。
1990年，無人無纜潛水器研制成功，定名為“UUV”號。這種潛水器重量為6.8噸，性能特別好，最大航速10節(jié)，能在44秒內(nèi)由0加速到10節(jié)，當(dāng)航速大于3節(jié)時，航行深度控制在土1米，導(dǎo)航精度約0.2節(jié)/小時，潛水器動力采用銀鋅電池。這些技術(shù)條件有助于高水平的深海研究。另外，美國和加拿大合作將研制出能穿過北極冰層的無人無纜潛水器。
中國水下機器人2009年首次在北冰洋海域冰下調(diào)查。“大洋一號”科學(xué)考察船第21航次就在開始不久的第三航段考察中，“大洋一號”首次使用水下機器人“海龍2號”在東太平洋海隆“鳥巢”黑煙囪區(qū)觀察到罕見的巨大黑煙囪，并用機械手準(zhǔn)確抓獲約7千克黑煙囪噴口的硫化物樣品。[6]這一發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著中國成為國際上少數(shù)能使用水下機器人開展洋中脊熱液調(diào)查和取樣研究的國家之一。[3]依靠“大洋一號”船的精確動力定位，中國自主研制的水下機器人“海龍2號”準(zhǔn)確降落抵達“鳥巢”黑煙囪區(qū)海底，并展開了攝像觀察、熱液環(huán)境參數(shù)測量。
2012年10月，中國首款“功能模塊”理念智能水下機器人問世。哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院5人團隊，在指導(dǎo)教師張鐵棟帶領(lǐng)下，依托水下機器人國防重點實驗室，歷時一年自主設(shè)計出國內(nèi)首款“多功能智能水下機器人”，首次將“功能模塊”理念應(yīng)用于水下機器人領(lǐng)域。該款機器人可根據(jù)需要選擇不同模塊隨時“換芯”、隨時變身，可應(yīng)對各種復(fù)雜水下作業(yè)。
這款機器人獲得首屆“全國海洋航行器設(shè)計與制作大賽”實物制作類特等獎。該項目中自主研發(fā)應(yīng)用的永磁式平面磁傳動推進器、永磁式平面磁傳動機械手、改裝水密接插件均屬國內(nèi)首創(chuàng)，具有重要的推廣價值。
2012年日本正在實施一項包括開發(fā)先進無人遙控潛水器的大型規(guī)劃。這種無人有纜潛水器系統(tǒng)在遙控作業(yè)、聲學(xué)影像、水下遙測全向推力器、海水傳動系統(tǒng)、陶瓷應(yīng)用技術(shù)水下航行定位和控制等方面都要有新的開拓與突破。這項工作的直接目標(biāo)是有效地服務(wù)于200米以內(nèi)水深的油氣開采業(yè)，完全取代由潛水人員去完成的危險水下作業(yè)。
在無人有纜潛水技術(shù)方面，始終保持了明顯的超前發(fā)展的優(yōu)勢。根據(jù)歐洲尤里卡計劃，英國、意大利將聯(lián)合研制無人遙控潛水器。這種潛水器性能優(yōu)良，能在6000米水深持續(xù)工作250小時，比正在使用的只能在水下4000米深度連續(xù)工作只有l(wèi)2小時的潛水器性能優(yōu)良的多。按照尤里卡EU-191計劃還將建造兩艘無人遙控潛水器，一艘為有纜式潛水器，主要用于水下檢查維修；另一艘為無人無纜潛水器，主要用于水下測量。這項潛水工程計劃將由英國；意大利、丹麥等國家的l7個機構(gòu)參加。英國科學(xué)家研制的“小賈森”有纜潛水器有其獨特的技術(shù)特點，它是采用計算機控制，并通過光纖溝通潛水器與母船之間的聯(lián)系。母船上裝有4臺專用計算機，分別用于處理海底照相機獲得的資料，處理監(jiān)控海彈環(huán)境變化的資料，處理海面環(huán)境變化的資料，處理由潛水器傳
輸回來的其他有關(guān)技術(shù)資料等。母船將所有獲得的資料。經(jīng)過整理，通過微波發(fā)送到加利福尼亞太平洋格羅夫研究所的實驗室，并貯存在資料庫里。
水下機器人
2015年3月19日，中國自主建造的首艘深水多功能工程船——海洋石油286進行深水設(shè)備測試，首次用水下機器人將五星紅旗插入近3000米水深海底，這是國內(nèi)首次用水下機器人將五星紅旗插入近3000米水深的南海。
2022年7月5日，哈爾濱工程大學(xué)發(fā)布消息，該校研發(fā)中國國內(nèi)首套海洋結(jié)構(gòu)物水下無損檢測機器人，并通過中國科技部組織的驗收，實現(xiàn)中國國內(nèi)水下無損檢測的工程化示范應(yīng)用。
結(jié)構(gòu)功能 編輯本段
典型的遙控潛水器是由水面設(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。靠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。新型潛水器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。開始研制智能水下機器人系統(tǒng)。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)。
無人有纜潛水器的發(fā)展趨勢有以下優(yōu)點：一是水深普遍在6000米；二是操縱控制系統(tǒng)多采用大容量計算機，實施處理資料和進行數(shù)字控制；三是潛水器上的機械手采用多功能力反饋監(jiān)控系統(tǒng)：四是增加推進器的數(shù)量與功率，以提高其頂流作業(yè)的能力和操縱性能。此外，還特別注意潛水器的小型化和提高其觀察能力。
應(yīng)用領(lǐng)域 編輯本段
安全搜救
1、可用于檢查大壩、橋墩上是否安裝爆炸物以及結(jié)構(gòu)好壞情況；
2、遙控偵察、危險品靠近檢查；
3、水下基陣協(xié)助安裝/拆卸；
4、船側(cè)、船底走私物品檢測(公安、海關(guān))；
5、水下目標(biāo)觀察，廢墟、坍塌礦井搜救等；
6、搜尋水下證據(jù)(公安、海關(guān))；
7、海上救助打撈、近海搜索；
2011年水下機器人最深能在6000米的海底世界，以每小時3至6公里的速度行走，前視、下視雷達給了它“好視力”，隨身攜帶的照相機、攝像機和精確導(dǎo)航系統(tǒng)等，讓它“過目不忘”。2011年伍茲霍爾海洋研究所提供的水下機器人在4000平方公里的海域中僅僅花了幾天時間便找到了法航航班的殘骸，而此前各種船只飛機尋找兩年無果。
MH370失聯(lián)客機截至2014年4月7日尚未找到，澳大利亞海事安全局聯(lián)合協(xié)調(diào)中心召開發(fā)布會，搜救行動處境微妙，需要不斷精確搜尋位置，不會放棄希望，搜索區(qū)域最深將達到5000米，將使用水下機器人搜尋黑匣子信號。
管道檢查
1、可用于市政飲用水系統(tǒng)中水罐、水管、水庫檢查；
2、排污/排澇管道、下水道檢查；
3、洋輸油管道檢查；
4、跨江、跨河管道檢查；
船舶河道海洋石油
1、船體檢修；水下錨、推進器、船底探查；
2、碼頭及碼頭樁基、橋梁、大壩水下部分檢查；
3、航道排障、港口作業(yè)；
4、鉆井平臺水下結(jié)構(gòu)檢修、海洋石油工程；
科研教學(xué)
1、水環(huán)境、水下生物的觀測、研究和教學(xué)；
2、海洋考察；
3、冰下觀察；
水下娛樂
1、水下電視拍攝、水下攝影；
2、潛水、劃船、游艇；
3、看護潛水員，潛水前合適地點的選擇；
能源產(chǎn)業(yè)
1、核電站反應(yīng)器檢查、管道檢查、異物探測和取出；
2、水電站船閘檢修；
3、水電大壩、水庫堤壩檢修(排沙洞口、攔污柵、泄水道檢修)；
考古
水下考古、水下沉船考察。
漁業(yè)
深水網(wǎng)箱漁業(yè)養(yǎng)殖，人工漁礁調(diào)查。
無人無纜潛水器尚處于研究、試用階段，還有一些關(guān)鍵技術(shù)問題需要解決。無人無纜潛水器將向遠程化、智能化發(fā)展，其活動范圍在250～5000公里的半徑內(nèi)。這就要求這種無人無纜潛水器有能保證長時間工作的動力源。在控制和信息處理系統(tǒng)中，采用圖像識別、人工智能技術(shù)、大容量的知識庫系統(tǒng)，以及提高信息處理能力和精密的導(dǎo)航定位的隨感能力等。如果這些問題都能解決了，那么無人無纜潛水器就能是名副其實的海洋智能機器人。海洋智能機器人的出現(xiàn)與廣泛使用，為人類進入海洋從事各種海洋產(chǎn)業(yè)活動提供了技術(shù)保證。
優(yōu)點缺點 編輯本段
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