漫话机器人及其应用（18）
（续前）
十四、水下机器人及其应用
1、水下机器人概述
水下机器人（Under Water Robot，UWR），又叫做无人遥控潜水器，外文名叫“遥控车”（Remote Operated Vehicle，ROV），是指一种工作于水下的极限作业机器人。由于水下环境恶劣危险，人的潜水深度有限，因而水下机器人已成为开发和保护海洋的重要工具。
水下机器人，即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3种。
2、水下机器人发展历程
⑴、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氢弹，引起世界各国的重视。
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艘无人遥控潜水器。
⑵、第二阶段
特别是在1974年以后，由于海洋油气业的迅速发展，因而无人遥控潜水器也得到飞速发展。无人有缆潜水器的研制在20世纪80年代进入了较快的发展时期。
1975至1985年是遥控潜水器大发展时期。到1981年，无人遥控潜水器发展到了400余艘。其中，90%以上都是直接或间接为海洋石油开采业服务的。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、海洋石油天然气开发、救捞等方面都发挥了较大的作用。
⑶、第三阶段
1985年，潜水器又开始进入一个新的发展时期。
1988年，无人遥控潜水器又得到了长足发展，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，大约有800艘左右。其中420余艘是直接为海上油气开采用的。无人无缆潜水器的发展相对慢一些，只研制出26艘；其中工业用的有8艘，其余的均用于军事和科学研究。另外，载人和无人混合潜水器在这个时期也得到了发展，已经研制出32艘；其中28艘 用于工业服务。
中国
从20世纪80年代以来，中国也开展了水下机器人的研究和开发，研制出了“海人”1号（HR-1）水下机器人，并且成功地进行水下实验。
法国
1980年，法国国家海洋开发中心建造了“逆戟鲸”号无人无缆潜水器，其最大潜深为6000米。“逆戟鲸”号潜水器先后进行过130多次深潜作业，完成了太平洋海底锰结核调查、海底峡谷调查、以及太平洋和地中海海底电缆事故调查、洋中脊调查等重大课题任务。1987年，法国国家海弹开发中心又与一家公司合作，共同建造“埃里特”声学遥控潜水器；用于水下钻井机检查、海底油机设备安装、油管辅设、锚缆加固等复杂作业。这种声学遥控潜水器的智能程度要比“逆戟鲸”号高许多。
日本
1987年，日本海事科学技术中心研究成功深海无人遥控潜水器“海鲀3K”号，可下潜3300米。研制“海鲀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应用，同时也可利用“海鲀3K”号进行海底救护。“海鲀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，基本上能够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。这种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。这种潜水器可望在1992年内建成，总投资为40亿日元。日本对于无人有缆潜水器的研制比较重视，不仅有研究项目，而且还有较大型的长远计划。
美国、加拿大
1988年，美国国防部的国防高级研究计划局与一家研究机构合作，投资2360万美元研制两艘无人无缆潜水器。1990年，无人无缆潜水器研制成功，定名为“UUV”号。这种潜水器重量为6.8吨，性能特别好，最大航速10节，能在44秒内由0加速到10节。当航速大于3节时，航行深度控制在±1米，导航精度约为0.2节/小时；潜水器动力采用银锌电池。这些技术条件有助于高水平的深海研究。
另外，美国和加拿大合作，将研制出能穿过北极冰层的无人无缆潜水器。
⑷、第四阶段
中国
2009年，中国水下机器人首次在北冰洋海域冰下调查。“大洋一号”科学考察船第21航次，就在开始不久的第三航段考察中，首次使用水下机器人“海龙2”号，在东太平洋海隆“鸟巢”黑烟囱区，观察到了罕见的巨大海底黑烟囱，并且用机械手准确抓获约7千克黑烟囱喷口的硫化物样品。这一发现标志着中国成为国际上少数能够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。依靠“大洋一号”船的精确动力定位，中国自主研制的水下机器人“海龙2”号准确降落抵达“鸟巢”黑烟囱区海底，并且展开了摄像观察、热液环境参数测量。
2012年10月，中国首款应用“功能模块”理念的“智能水下机器”人问世。哈尔滨工程大学船舶工程学院5人团队，在指导教师张铁栋带领下，依托水下机器人技术国防科技重点实验室，历时一年自主设计出国内首款“多功能智能水下机器人”，首次将“功能模块”理念应用于水下机器人领域。该款机器人可根据需要选择不同模块随时“换芯”、随时变身，可以应对各种复杂水下作业。这款机器人获得首届“全国海洋航行器设计与制作大赛”实物制作类特等奖。在该项目中，自主研发应用的永磁式平面磁传动推进器、永磁式平面磁传动机械手、改装水密接插件均属于国内首创，具有重要的推广价值。
2015年3月19日，中国自主建造的首艘深水多功能工程船——“海洋石油286”进行深水设备测试，首次用水下机器人将五星红旗插入近3000米水深海底。这是中国国内首次用水下机器人将五星红旗插入近3000米水深的南海。在 2022年4月11日，中国四川成都市府河西公园的锦江水面，成都首台“智能水域机器人”下水。2022年10月27-30日，中国第六届全国水下机器人大赛（大连）在辽宁省大连市成功举办。
日本
2012年，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，完全取代由潜水人员去完成的危险水下作业。在无人有缆潜水技术方面，始终保持了明显的超前发展的优势。
欧洲
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的多。按照尤里卡EU-191计划，还将建造两艘无人遥控潜水器。其中，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。
英国
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。它采用计算机控制，并且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，处理监控海底环境变化的资料，处理海面环境变化的资料，以及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，并且贮存在资料库里。
（未完待续）
2024年5月25日编写、修改于重庆
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