【海洋强国】深海勘测 之 水下机器人 （上） - 深海遥控机器人

+ @1 [& C; T4 N. p; d

2023年1月，天津大学海洋学院田文杰老师研究团队在机器人学顶级期刊《Mechanism and Machine Theory》（SCI 1区Top）上发表一篇题为“Evaluation and prediction method of robot pose repeatability based on statistical distance”的研究论文。

该论文提出了一种基于统计距离的机器人重复度评价和预测方法，该方法对于机器人位姿重复性评价及预测对机器人运动控制、性能提升以及工程应用具有指导意义！

近年机器人广泛应用于海洋事业，成为我国深海勘测的利器！特别是设计精良的水下机器人在深海任务中具有出色的机动性和功能性，在深海探矿、海底高精度地形测量、可疑物探测与捕获、深海环境与生物考察等任务中都扮演着关键角色。今天小编就和大家分享下“水下机器人 . s, G0 ~& Y8 }. K, w

”的相关知识和研究进展。

; H" ?, H) j* c1 G, M$ T! @4 r

水下机器人

5 T* U$ \0 L) r5 s/ Z7 w/ q

水下机器人（Unmanned Underwater Vehicle,UUV），也称无人遥控潜水器，与“载人深潜器”（蛟龙号、奋斗者号）相对，一般可以分为：

4 v1 o5 x: d) a' L6 h& r0 p. p* Q$ Q3 e

AUV（无缆自主水下机器人，Autonomous Underwater Vehicle）自带能源自主航行，可执行大范围探测任务，但作业时间、数据实时性、作业能力有限。一般被广泛应用在大范围近海底深海资源勘察、军事海洋对抗、海底管路巡检、海底沉船打捞、油田勘探、海洋考古等众多工作领域。

& d1 B! x: d6 t, k6 N3 ^

ROV（有缆遥控水下机器人，Remotely Operated Vehicle）依靠脐带电缆提供动力，水下作业时间长、数据实时，作业能力较强，但作业范围有限。

8 U* R6 E! _8 N

ARV（自主/遥控水下机器人，Autonomous & Remotely Operated Vehicle）结合了 AUV 和 ROV 的优点，自带能源，通过光纤微缆实现数据实时传输，需要在自主和遥控间进行换，既可实现较大范围探测，又可实现水下定点精细观测及轻作业。

' ~: b4 U. l( `( E7 B' g, i( C

水下滑翔机（Underwater Glider）作为一种新技术平台，是靠浮力驱动的新型无人无缆水下自主航行器，具有长时间、大范围海洋环境观测能力。

我国水下机器人应用现状

8 p8 {9 I" R) Q 5 g9 k! Q' o5 F5 Z! n) \) q

潜龙系列 

9 r4 ~$ ]( o* H, X& X, n7 ]" L

我国“潜龙”系列自主水下机器人(AUV)家族共有4个成员，先后在太平洋、大西洋、印度洋等海域执行大洋航次，为我国开展深海资源矿区自主勘探作出了重要贡献。

* R8 ]+ K; b7 M

截至2022年，“潜龙二号”累计下潜59次，居家族成员榜首。

0 x) E+ y% t& y6 Z

2019 年，“潜龙三号”在大西洋应用成功，标志着我国深海勘探型水下机器人步入实用化、常态化阶段。

1 `# G2 A9 T( J$ }

2020年，作为面向用户应用需求的定制化自主水下机器人（6000m），“潜龙四号”首次执行大洋调查任务。

“小丑鱼”造型的潜龙三号

“潜龙”系列深海自主水下机器人是具有微地形地貌测量、海底照相、水体异常探测、磁力探测等功能的深海资源自主勘探系统，不仅填补了我国深海资源自主勘探的空白，还在某些性能指标上领先于国外的深海自主水下机器人，成为我国自主勘探深海资源的利器。

; Z: Z7 G5 [9 D0 U; s7 [

★我国AUV代表

# l, Q8 O) n7 {0 p

：潜龙、探索、悟空

海星系列

. J+ D$ M4 g# B3 {) s# h/ N3 S

2018年，由我国自主研制的“海星6000”有缆遥控水下机器人完成首次科考应用任务，在多个海域获取了环境样品和数据资料后顺利靠岸。期间，“海星6000”最大下潜深度突破6000米，再创我国有缆遥控水下机器人（ROV）的最大下潜深度纪录。

在此之前，4500m级“海马号”的海试成功，标志着我国全面掌握了大深度无人遥控潜水器的各项关键技术，并在关键技术国产化方面取得实质性进展，是我国深海高技术领域继“蛟龙号”之后又一标志性成果。

★我国ROV代表：海龙（3500m级）、海马（4500m级）、海星(6000m级)

! w* f/ P2 X5 J

海斗系列

2016 年 7 月，在马里亚纳海沟“挑战者深渊”开展的我国首次综合性万米深渊科考中，“海斗”号创造了我国无人潜水器的最大下潜及作业深度纪录。“海斗”号也因此获评两院院士评选的“2016 年中国十大科技进展。

8 r. Y3 ?: _/ j7 |. \, |

2021 年 10 月，在马里亚纳海沟深渊科学考察中，进阶版“海斗一号”在国际上首次实现了对“挑战者深渊”西部凹陷区的大范围全覆盖巡航探测。

★我国ARV代表：海斗、问海

海燕

, j4 U, H6 M; M' C* c

2014年，天津大学自主研发的水下滑翔机在南海北部水深大于1500米海域通过测试，创造了中国水下滑翔机无故障航程最远、时间最长、剖面运动最多、工作深度最大等诸多纪录。

2020年，由青岛海洋科学与技术试点国家实验室与天津大学共同研发的2台万米级“海燕—X”水下滑翔机共获得观测剖面45个，其中3000米级、6000米级和7000米级剖面各1个，万米级剖面3个，最大下潜深度达10619米，刷新了水下滑翔机下潜深度的最新世界纪录。

" ^/ v* I0 _. w4 \) ?4 T

“海燕—X”集成了CTD和深海相机等诸多要素传感器，同步采集了深渊温盐、溶解氧等大量宝贵数据，在海洋深渊科学研究方面具有重要的应用价值。

# B3 A9 n( R$ f

★水下滑翔机代表：海翼、海燕

% Q, @% n+ q' L6 ^) @* n. ?) F

参考文献：

- [" c& E6 b4 N

Zhang XP, Tian WJ, Wang, LA, Huang T. Evaluation and prediction method of robot pose repeatability based on statistical distance[J]. Mechanism and Machine Theory, 2023, 179,105122. 

( ]0 |! u1 ~$ M1 Y

李硕, 刘健, 徐会希, 赵宏宇, 王轶群. 我国深海自主水下机器人的研究现状[J]. 中国科学: 信息科学, 2018, 48(09): 1152-1164.

/ t/ P# A5 m. |% b

李硕, 吴园涛, 李琛, 赵宏宇, 李一平. 水下机器人应用及展望[J].中国科学院院刊, 2022, 37(07): 910-920.

- P; I% ], ^4 [" `# U

主题书展

! \" B1 l# d$ o

对“海洋强国”和“水下机器人”感兴趣的同学可以到北馆二楼检索机旁的主题书展处进行借阅。

海洋强国

; l9 O }6 F" R# ?8 ]7 p

/Maritime Power/

海洋强国是指在开发海洋、利用海洋、保护海洋（生态）、管控海洋方面拥有强大综合实力的国家。建设海洋强国，是中国特色社会主义事业的重要组成部分!

习近平总书记在党的二十大报告中多次提到“海洋”，特别指出：“发展海洋经济，保护海洋生态环境，加快建设海洋强国！”

-天津大学图书馆-

-tju_lib-

编辑：陈岑

# ] z9 ^, A! @- B" Z: q9 T

审核：牛书东 杨斌 陈岑

( S" H' ^5 e, p0 g/ k, m& O" q + p, V8 H! v$ o' p & D( A6 |( Z4 Z& K \" x- [ , A- N. g1 @+ W; k" |# r7 I2 l z