Vehicles）研究综述
机器人资料摘要：无人有缆水下机器人ROV，是一种工作于水下的极限作业机器人，是海洋开发和水下作业的重要工具。本文简要回顾了无人有缆遥控水下机器人ROV的发展历史，概述了各国在ROV领域的研究成果，以及ROV在各个行业的应用和发展趋势。
关键词：无人有缆，机器人，ROV
一、引言
21世纪是人类向海洋进军的世纪。深海作为人类尚未开发的宝地和高技术领域之一，已经成为各国的重要战略目标，也是近几年国际上竞争的焦点之一。水下机器人作为一种高技术手段在海洋开发和利用领域的重要性不亚于宇宙火箭在探索宇宙空间中的作用。本文将对无人有缆遥控水下机器人ROV研究开发现状和发展趋势作一综述。
二、简介
无人遥控潜水器（Remote Operated Vehicles,ROV），也称水下机器人。一种工作于水下的极限作业机器
人，能潜入水中代替人完成某些操作，又称潜水器。水下环境恶劣危险，人的潜水深度有限，所以水下机器人已成为开发海洋的重要工具。它的工作方式是由水面母船上的工作人员，通过连接潜水器的脐带提供动力，操纵或控制潜水器，通过水下电视、声呐等专用设备进行观察，还能通过机械手，进行水下作业。无人遥控潜水器主要有，有缆遥控潜水器和无缆遥控潜水器两种，其中有缆遥控潜水器又分为水中自航式、拖航式和能在海底结构物上爬行式三种。
无人遥控潜水器的发展非常迅速，从
1953年第一艘无人遥控潜水器问世，到
1974年的20年里，全世界共研制了20艘。
特别是l974年以后，由于海洋油气业的迅
速发展，无人遥控潜水器也得到飞速发展。
到1981年，无人遥控潜水器发展到了400
余艘，其中90％以上是直接，或间接为海
洋石油开采业服务的。1988年，无人遥控
潜水器又得到长足发展，猛增到958艘，
比1981年增加了110％。这个时期增加的
潜水器多数为有缆遥控潜水器，大约为800艘上下，其中420余艘是直接为海上池气开采用的。无人无缆潜水器的发展相对慢一些，只研制出26艘，
其中工业用的仪8艘，其他的均用于军事和科学研究。另外，载人和无人混合理潜水器在这个时期也得到发展，已经研制出32艘，其中28艘用于工业服务。
三、历史发展
1934年，美国研制出下潜934米的载人潜水器。1953年又研制出无人有缆遥控潜水器。其后的发展大致经历了三个阶段。
1、第一阶段
从1953年至1974年为第一阶段，主要进行潜水器的研制和早期的开发工作。先后研制出20多艘潜水器。其中美国的CURV系统在西班牙海成功地回收一枚，引起世界各国的重视。
2、第二阶段
1975至1985年是遥控潜水器大发展时期。海洋石油和天然气开发的需要，推动了潜水器理论和应用的研究，潜水器的数量和种类都有显著地增长。载人潜水器和无人遥控潜水器（包括有缆遥控潜水器、水底爬行潜水器、拖航潜水器、无缆潜水器）在海洋调查、海洋石油开发、救捞等方面发挥了较大的作用。
3、第三阶段
1985年，潜水器又进入一个新的发展时期。80年代以来，中国也开展了水下机器人的研究和开发，研制出“海人”1号(HR-1)水下机器人，成功地进行水下实验。
四、各国研究概况
无人有缆潜水器的研制开始于70年代，80年代进入了较快的发展时期。
1、日本
1987年，日本海洋科技中心研究成功深海无人遥控潜水器“海豚3K”号，可下潜3300米。研制“海豚3K”号的目的，是为了在载人潜水之前对预定潜水点进行调查而设计的，供专门从事深海研究的，同时，也可利用“海豚3K”号进行海底救护。“海豚3K”号属于有缆式潜水器，在设计上有前后、上下、左右三个方向各配置两套动力装置，基本能满足深海采集样品的需要。1988年，该技术中心配合“深海6500”号载人潜水器进行深
海调查作业的需要，建造了万米级无人遥控潜水器“海沟号”。“海沟号”潜水器由工作母船进行控制操作，可以较长时间进行深海调查。日本对于无人有缆潜水器的研制比较重视，不
仅有近期的研究项目，而且还有较大
型的长远计划。目前，日本正在实施
一项包括开发先进无人遥控潜水器的
大型规划。这种无人有缆潜水器系统
在遥控作业、声学影像、水下遥测全
向推力器、海水传动系统、陶瓷应用
技术水下航行定位和控制等方面都要
有新的开拓与突破。这项工作的直接
目标是有效地服务于200米以内水深
的油气开采业，完全取代目前由潜水
人员去完成的危险水下作业。
2、欧洲
在无人有缆潜水技术方面，根据欧洲尤里卡计划，英国、意大利将联合研制无人遥控潜水器。这种潜水器性能优良，能在6000米水深持续工作250小时，比现在正在使用的只能在水下4000米深度连续工作只有l2小时的潜水器性能优良得多。按照尤里卡EU–191计划，还将建造两艘无人遥控潜水器：一艘为有缆式潜水器，主要用于水下检查维修；另一艘为无人无缆潜水器，主要用于水下测量。这项潜水工程计划将由英国、意大利、丹麦等国家的l7个机构参加完成。英国科学家研制的“小贾森”有缆潜水器有其独特的技术特点，它是采用计算机
控制，并通过光纤沟通潜水器与母船之
间的联系。母船上装有4台专用计算机，
分别用于处理海底照相机获得的资料、
处理监控海洋环境变化的资料、处理海
面环境变化的资料和处理由潜水器传
输回来的其他有关技术资料等。母船将
所有获得的资料经过整理，通过微波发
送到加利福尼亚太平洋格罗夫研究所
的实验室，并贮存在资料库里。
3、美国
美国是世界上最早开始研究水下机器人的国家，早在五十年代就开始着手研究。虽然现在其拥有量逐渐被日本和欧洲各国超越，但由于它在水
下机器人的研究方面由来已久并且一直十分重视，因此在水下机器人技术的应用和研发一直处于世界领先水平。世界上第一个真正意义上的ROV—
CURV就是1960年在美国研制成功的。它
在西班牙外海到了一颗失落在海底的
，在全世界引起了极大的轰动。目前，
美国已经开发了多种型号的ROV系统，用
于不同的使命任务和不同的工作深度。例
如，美国的MAX Rover是世界上最先进的
全电力驱动工作级ROV，潜深达3000米。
美国加州制造的Scorpic ROV，安装有水
下TV、声纳、5自由度机械手、四只均衡
控制的高速液压推进器，每只提供113kg
推力、自动导航和定位设备，可下潜工作
到914米。
4、中国
我国对于水下机器人的研究与开发起步较晚，从
七十年代末才开始研究，相比于欧美国家和日本，我
国一直处于落后水平。从七十年代末起，中国科学院
沈阳自动化研究所和上海交通大学开始从事ROV的
研究与开发工作，合作研制了我国第一个ROV“海人
一号”ROV，“海人一号”是我国独立自主研发的第
一台大型水下机器人，在我国这是一项开拓性工作，
它的成功开辟了我国水下机器人研究的新领域。近二
十年来，我国的水下机器人研究有了飞速发展，能够
制造大中小型各种ROVs，在ROV的研制与开发方面也
基本能够满足国内需求，在国际上也占有一席之地。
目前我国比较先进的无人有缆水下机器人是“海龙
号”深海机器人，这个目前我国下潜深度最大、功能
最强的无人遥控潜水器（ROV），由上海交通大学水
下工程研究所朱继懋教授领导的科研团队历经9年
研究完成，具有我国自主知识产权。ROV由脐带缆连接，由于海洋气候变幻莫测，风浪常常会使脐带缆断裂，花费巨资的ROV就会沉没海底，“海龙号”则破解了脐带缆断裂难题。在不久前“大洋一号”21航次第三航段的深海热液科考任务中，“海龙号”在东太平洋海隆区域2770米下方首次观察到了罕见的巨大“黑烟囱”，并且用机械手获取了热液“黑烟囱”样品，还从“黑烟囱”附近搜集了微生物样本。这标志着我国成为国际上少数能使用水下机器人开展洋中脊热液调查和取样研究的国家之一。
五、应用方面
无人有缆水下机器人ROV的优点在于动力充足，可以支撑复杂的探测设备和较大的机械作业用电，信息和数据的传递和交换快捷方便、数据量大，其总体决策水平较高，因此应用广泛。目前，小型遥控水下机器人已广泛用于：
1、管道容器检查
市政饮用水系统中水罐、水管、水库检查；
排污/排涝管道、下水道检查；
洋输油管道检查；
跨江、跨河管道检查；
2、船舶河道海洋石油
船体检修；水下锚、推进器、船底探查；
码头及码头桩基、桥梁、大坝水下部分检查；
航道排障、港口作业；
钻井平台水下结构检修、海洋石油工程；
3、科学研究教学
水环境、水下生物的观测、研究和教学；
海洋考察；
冰下观察；
4、水下娱乐
水下电视拍摄、水下摄影；
潜水、划船、游艇；
看护潜水员，潜水前合适地点的选择；
5、能源
核电站反应器检查、管道检查、异物探测和取出；
水电站船闸检修；
水电大坝、水库堤坝检修(排沙洞口、拦污栅、泄水道检修)；
6、安全
检查大坝、桥墩上是否安装爆炸物以及结构好坏情况；
遥控侦察、危险品靠近检查；
水下基阵协助安装/拆卸；
船侧、船底走私物品检测(公安、海关)；
水下目标观察，废墟、坍塌矿井搜救等；
搜寻水下证据(公安、海关)；
海上救助打捞、近海搜索；
7、考古
水下考古、水下沉船考察；
8、渔业
深水网箱渔业养殖，人工渔礁调查
六、发展趋势
无人有缆潜水器的发展趋势有以下见点：一是水深普遍在6000米；二是操纵控制系统多采用大容量计算机，实施处理资料和进行数字控制；三是潜水器上的机械手采用多功能，力反馈监控系统：四是增加推进器的数量与功率，以提高其顶流作业的能力和操纵性能。此外，还特别注意潜水器的小型化和提高其观察能力。
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