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(2020-11-12 17:08:25) 国内外前沿水下机器人技术大盘点
ROV的发展源于油气行业对于更高运营效率的追求，这也是ROV产品的技术水平得到提高自然而然的结果。
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水下机器人是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。1953年，第一艘无人遥控潜水器问世；到1981年，无人遥控潜水器发展到400余艘，其中90%以上直接或间接用于海洋石油开采行业。海洋石油天然气开发的迫切需求，推动了潜水器理论和应用的研究，潜水器的数量和种类也出现显著增长。
水下机器人可分为载人潜水器（HOV）、自主水下机器人（AUV）以及有缆遥控机器人（ROV）三类。
载人潜水器（HOV）相当于小型潜水艇，可运载工作人员进入深海，操作机械手开展各种复杂的水下考察、打捞、采样等活动。例如蛟龙号，最大下潜深度达到7,062米。
自主水下机器人（AUV）没有缆绳，自身携带动力，依靠内置的控制系统实现自我控制，可以灵活自主地完成一系列水下作业任务。
有缆遥控机器人（ROV）脐带缆来传输水下机器人本体所需的动 力，同时也上传传感器信号和下传控制信号，续航力强，动力更充沛，安全可靠 性更高，数据传输能力强。
本文重点围绕AUV和ROV两类水下机器人，梳理了几家国际巨头代表性产品以及当前国内的主要技术现状。
自20世纪60年代前后，美国研制出第一台水下机器人，这项技术便受到了全球各国的广泛关注。美英德俄日等海洋强国均设立了专门的水下机器人研究机构。目前，西方国家在ROV研发方面处于领先地位，具备深海ROV研发、设计、制造、试验、配套等能力。
1
意大利Saipem公司
Saipem的新型Innovator 2.0 ROV是一种重型工作级航行器，用于油田维护和施工，包括在超深水水域，用于监测海床和收集数据，以设计油田或海底管道。它的电动机可以提供210 hp，确保系柱在每个方向上的拉力为1,100 kg，最大速度为3.5节，并能够举起挂在车架上的超过600公斤的重量。ROV的脐带缆被重新设计，以将船上的动力传输到水下航行器。Innovator2.0配备了6600 V电源，即使电缆长度超过7,000米，ROV也能有效工作。ROV获得了符合Norsok U102标准的声明，以及DNV-GL认证。
Innovator 2.0 ROV
2
意大利AGEPTEC公司
PERSEO水下机器人主要有2种不同型号，下潜深度约600~1500 msw，由高强度聚丙烯合成材料制造，高耐腐蚀，各零部件模块化更换。
PERSEO系列水下机器人性能参数
3
TechnipFMC公司
2012年，TechnipFMC推出了Schilling控制系统，并将其与Hammerhead软件平台融合，降低了ROV的操作难度，同时提高了设备的组装效率。随后，TechnipFMC又推出了超高作业载荷的Gen-III（UHD-III），其马力高达250 hp，配备有ISOL-8辅助泵系统，无需其它辅助设备，即可满足BOP二次干预作业的法规要求。此外，该ROV工具可优化井建和干预作业，为作业液体回流提供通路，降低作业所需的泵模块数量。
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近期，TechnipFMC ROV Services为壳牌部署了GEMINI ROV系统。GEMINI ROV系统是新一代250 hp工作级ROV系统，ROV、机械手和工具的集成，实现了向高度自动化ROV的过渡，可将作业时间从几小时缩短到几分钟。GEMINI最大作业水深为4,000米，可在水下连续工作1个月，并实现全天候作业。
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4
美国Oceaneering公司
Oceaneering是世界上最大的工作类ROV运营商，和最主要的石油-天然气行业ROV供应商。该公司有250多套工作类ROV系统，在全球有2000多名ROV海上工作人员。
该公司一方面是最大的ROV运营商，另一方面也是世界上最大的ROV系统制造商。其ROV系列包括额定潜水深度2,500米～3,000米的工作类系统，额定潜水深度4,000米的Millennium工作类系统，和额定潜水深度8,000米的超深水系统。
MILLENNIUMPlus ROV是一种侧入式轿厢部署，双操作臂，220 hp重型作业级ROV。轿厢和系绳管理系统(TMS)提供额外的110 hp，能够驱动滑行，也有推进器控制和自动航向功能。
Spectrum为侦查型机器人，重290 kg，尺寸1.4 m×0.9 m×0.85 m（长×宽×高，下同），设计下潜深度3,000 m，配备有4个水平矢量推进器，2个垂直推进器以及6个交流电机，2个五功能机械手。
E-Novus是典型的油气作业型水下机器人，重3,400 kg，尺寸2.7 m ×1.6 m ×1.8 m，设计下潜深度5000 m，配备有4个水平矢量推进器，3个垂直推进器，2个七功能机械手。该ROV还安装了避险声纳和多个负责导航的传感器，拥有自航能力。英国SMD公司开发的3种具有国际领先水平的系列大功率液压工作级ROV，为海洋的开发、施工、探索带来了巨大的帮助。
E-Novus ROV
5
法国ECA集团
ECA集团以其在机器人、自动化系统、模拟和工业过程方面的专业知识而闻名。总部位于法国La Garde地区，自1936年以来，它一直在开发完整的创新技术解决方案，以执行复杂的任务，在不利或限制性的环境。其产品主要用于国防、海事、航空航天、仿真、能源和工业设备等领域，主要面向要求最高水平的安全和效率的国际客户。集团自1936年成立以来，一直走在创新的前沿。
H2000型大中型工作型ROV，是法国海军2000米水深进行沉船和失事飞机调查和打捞指定用ROV。总重量900kg，海水中负载 80kg，有6路视频通道，1个7功能机械手和1个5功能机械手，可选液压工具。
H2000 ROV
6
挪威Kongsberg公司
Kongsberg Maritime的新型AUV工具—HUGIN Superior具有诸多新功能，其具有更先进的数据收集/传输能力、更高的工作效率和更强的导航定位功能。该AUV配备了远程合成孔径声纳，可产生高分辨率的海底图像和水深测量，超高亮度彩色摄像机配有激光探测器、磁力计和各种化学检测器，可精确监测油气化合物。
HUGIN Superior ROV
02. 国内研究现状
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经过半个世纪的发展，AUV和ROV取得了显著的技术进步，已经是海上勘探开发中不可或缺的一部分。
我国ROV研究工作主要由上海交通大学、中国科学院沈阳自动化研究所、中国船舶科学研究中心、哈尔滨工程大学等单位开展，一批企业也陆续加入研制队伍。
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我国典型ROV
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以下针对部分ROV进行简要介绍。
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1
海龙号”ROV
2009年，上海交通大学承担的国家科技重大专项“海龙号”成功应用于“海洋一号”21航次第三航段的深海热液科考任务。“海龙号”是当时我国下潜深度最大、功能最强的ROV，重3.25吨，配备5台多功能摄像机和一台静物照相机，2个多功能机械手，安装了自主研制的虚拟监控和动力定位系统，性能达到国际领先水平。
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2
“海马号”ROV
2014年，我国自主研制的首台4500米级深海ROV—“海马号”通过海上验收。广州海洋地质调查局牵头，联合上海交通大学、浙江大学、青岛海洋化工研究院、同济大学和哈尔滨工程大学等单位共同协作完成研制与海试。
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3
“海象号”ROV
2016年，由上海交通大学自主研制的重载作业型ROV“海象-1500”ROV完成海试。“海象号”长约3.3米，高近2.2米，重达4.5吨，拥有2套多功能强力机械手，可携带各类大功率作业工具，国产化率达到85%以上，关键技术达到国际同类技术水平。例如其七功能机械手具有主从式仿生功能，水下机械手跟随水面主手同步运动，实现水下精准作业。
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4
海星6000
2018年，由中科院沈阳自动化研究所主持，联合中科院海洋所等单位共同研制的“海星6000”ROV完成首次科考应用任务，最大下潜深度突破6000米，创我国有缆遥控水下机器人的最大下潜深度记录。
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中国中车旗下SMD公司
SoilMachine Dynamics Ltd
(SMD)是一个跨多个关键业务流的组织，包括工作级ROVs，海底挖沟，水下采矿和海洋可再生能源。该公司成立于1971年，服务于多个细分市场，包括石油和天然气、电信、军事、科学和采矿。2003年收购Hydrovision公司，进入工作级ROV市场。2015年，SMD公司被中国中车旗下香港上市公司中车时代电气全资收购。该公司的ATOM
ROV是一个超紧凑的工作级系统。它适用于钻孔支撑、测量和轻型施工，并且可以在最小的甲板空间内移动。
ATOM ROV规格参数
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2019年，SMD发布首台模块化电动ROV Quantum EV，从传统机型一步跨越至水下常驻、海上作业、无缆巡航以及AI任务规划，适用于传统水面平台（CSV）、无人驾驶船舶（USV）和水下常驻（R-ROV）。
QUANTUM/EV ROV
QUANTUM/EV的模块化程度很高，200KW大功率电力推进系统和自带电池供电两种模式自由切换。稳定的航行模式可保证高质量勘测作业，同时它提供了AI扩展接口，如果希望保证大容量通信但又不想让笨重的脐带缆影响机动性，换成通信电缆加电池模式也是不错的选择。同时预留液压和电动工具接口，保证可兼容和搭载现有电动和液压ROV工具。
QUANTUM/EV经过了6000米工作水深验证、累积数十万次测试，并满足最ISO2018标准，于2020年6月顺利通过了第一阶段可靠性测试。
EV项目是SMD长期战略的一部分，旨在设计一个开放式电动框架，运用一系列顶尖适应性技术，兼容各种搭载工具，满足各种作业需求。不仅可以应用在传统的水下基础设施维护，还可应用于水面无人船（USV）。QUANTUM/EV是该项目中的其中一项成果之一。
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03. 总结
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ROV和AUV的年度全球市场报告显示，近年来两种工具的利用率显着增加。根据QY Research的研究，全球ROV市场预计到2025年底将达到3.3亿美元，在2019年至2025年之间以6.3%的比例增长。调查结果显示，众多因素将推动ROV全球市场增长，包括水下作业消费的增加、石油和天然气行业的复苏、新产品发布、技术创新以及海上ROV的日益普及等。Douglas Westwood的《世界AUV市场预测》报告中提到，在2022年之前，AUV的需求量将提高74%。
随着海洋经济的发展和军事需求的增加以及水下机器人技术的日趋成熟，水下机器人的发展方向也越来越清晰。在当前海洋开发需求的引领和技术发展驱动下，ROV将向着多样化、深度化、专业化、智能化、协同化等方向发展，AUV则向远程化、智能化方向发展。ROV与AUV并存，ROV技术将更加实用可靠，AUV技术也将更加成熟。
你还知道哪些“逆天”的ROV前沿技术？欢迎补充，一起上墙吧~
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