水下遙控機器人最新發(fā)展動向

中國船舶集團有限公司第七一四研究所 趙羿羽

經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，水下遙控機器人（ROV）已成為人類進入、探測和開發(fā)海洋不可或缺的重要工具，廣泛應用于海洋油氣開發(fā)、水下檢測維修、水下施工、水下科考、水下救援、海洋養(yǎng)殖等領(lǐng)域。ROV有不同分類方式，例如按規(guī)模大小和重量可分為小型、中型、大型和超大型；按功能可分為觀察型和作業(yè)型等。本文主要介紹深海作業(yè)型ROV發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢。

國外發(fā)展情況

目前，美國、日本、英國、法國、德國、瑞典等國家在ROV研發(fā)方面處于領(lǐng)先地位，具備深海ROV研發(fā)、設計、制造、試驗、配套等能力。

1、美國

圖1 美國“海神”號不同作業(yè)模式

圖2 日本KAIKO 7000作業(yè)系統(tǒng)（圖片來源網(wǎng)上）

美國在ROV技術(shù)研發(fā)和應用方面擁有絕對優(yōu)勢，已經(jīng)開發(fā)了多種型號的ROV系統(tǒng)，工作能力涵蓋各類任務和全海深。美國典型ROV包括OCEANEERING公司Spectrum號（潛深3000米），伍茲霍爾海洋研究所海神（NEREUS）號（自主/遙控混合型水下機器人，簡寫為ARV，潛深11000米）、Jason & Medea號潛航器（ROV+中繼器，潛深6500米）、Nereid UI號（可用于極地海冰調(diào)查，潛深2000米），美國夏威夷大學ROVLu’ukai（潛深6000米），蒙特雷灣水族館研究所ROV Tiburon（潛深4000米），ROV Doc Ricketts（潛深4000米）等。

2、日本

日本海洋科技中心（JAMSTEC）是日本水下機器人研發(fā)和應用的主要機構(gòu)。代表性的ROV包括Hyper Dolphin（潛深3000米）、Kaiko（潛深11000米，2003年丟失）、kaiko7000（潛深7000米），以及ARV MR-X1（潛深4200米）等。近年來，日本加大ROV技術(shù)研發(fā)，研究熱點集中于遙控作業(yè)、聲學影像、推進系統(tǒng)、水下定位、陶瓷材料等關(guān)鍵技術(shù)。

圖3 ROV- UT1 TRENCHER

3、韓國

韓國從2013年開始自主研發(fā)ROV，并于2017年在韓國海洋科學技術(shù)院成立了“水下機器人綜合測試中心”，正在開發(fā)URI-R、URI-T、URI-L三臺ROV，作業(yè)水深在500米～2500米，分別可開展管道埋設、水下結(jié)構(gòu)物維修和水下環(huán)境調(diào)查等工作。

4、歐洲

英國國家海洋中心擁有多臺ROV，包括Isis（潛深6500米）和HyBIS（潛深6000米）。英國SMD公司在海底施工作業(yè)機器人領(lǐng)域處于全球領(lǐng)先地位，典型ROV包括UT1 TRENCHER（噴沖式海底管道挖溝埋設系統(tǒng)，潛深1500米，作業(yè)功率2兆瓦）、QTrencher1400（潛深3000米）等。

法國海洋開發(fā)研究院（Ifremer）擁有ROV VICTOR 6000（潛深6000米）、ARV“阿麗亞娜”（Ariane）號（潛深2500米），主要用于海洋科學研究；法國海軍擁有H2000大中型ROV（潛深2000米），主要用于沉船或失事飛機的搜尋打撈。

德國亥姆霍茲基爾海洋科學研究中心（GEOMAR）運營多臺大型ROV，包括ROV Kiel（潛深6000米），ROV Phoca（潛深3000米）等。

瑞典薩博集團旗下SEAEYE公司開發(fā)了多型ROV，典型產(chǎn)品是FALCON號（下潛深度300米，在配備中繼器使用時，潛深可達1000米）、ARV Seaeye Sabertooth系列（潛深1200米、3000米）。

國內(nèi)研發(fā)現(xiàn)狀

中國科學院沈陽自動化研究所、上海交通大學等單位在20世紀70年代末率先開啟ROV研究，先后研制了“海人一號”、“海蟹號”等ROV。近年來，我國ROV研發(fā)力量逐步壯大，主要科研機構(gòu)包括中國科學院沈陽自動化研究所、上海交通大學、中國船舶科學研究中心、哈爾濱工程大學、上海海事大學、西北工業(yè)大學、上海海洋大學、浙江大學等；一批企業(yè)也加入ROV研制隊伍，如天津深之藍海洋設備科技有限公司、博雅工道（北京）機器人科技有限公司、上海彩虹魚海洋科技股份有限公司、北京臻迪科技股份有限公司等。發(fā)展至今，我國已掌握了大深度ROV關(guān)鍵技術(shù)，具備ROV自主設計制造和應用能力，成功研制海龍?zhí)?、海馬號、海象號、海星6000、海龍11000等多型深海ROV，以及“北極”、海龍Ⅲ號、海斗號（最大下潛10888米）、海斗一號（最大下潛10907米）、海箏II型等ARV，裝備重量從幾十千克到數(shù)噸、工作深度覆蓋全海深，部分ROV性能達到世界先進水平。目前我國ROV主要運營機構(gòu)為國家深海基地管理中心、中國科學院深?？茖W與工程研究所和中國地質(zhì)調(diào)查局廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局等單位。

目前，我國ROV發(fā)展仍存在如下問題：一是缺乏ROV裝備與技術(shù)系統(tǒng)性規(guī)劃發(fā)展研究，對ROV創(chuàng)新發(fā)展的引領(lǐng)不夠；二是ROV關(guān)鍵專用設備的發(fā)展滯后于總體集成技術(shù)的發(fā)展，液壓型機械手、傳感器等關(guān)鍵設備/零部件依賴進口；三是產(chǎn)業(yè)化進程緩慢，國內(nèi)相關(guān)用戶多是購買或租借國外ROV產(chǎn)品。

表1 我國典型ROV

未來發(fā)展趨勢及建議

在海洋開發(fā)需求牽引和相關(guān)技術(shù)發(fā)展驅(qū)動下，ROV呈現(xiàn)如下發(fā)展趨勢：

一是大深度化。隨著深海資源開發(fā)和深淵科考需求逐步旺盛，ROV將實現(xiàn)譜系化發(fā)展，具備大深度下潛能力的ROV不斷涌現(xiàn)。

二是高性能化。未來，ROV作業(yè)能力將持續(xù)增強，具備高功率、高可靠性、高導航定位與控制精度等特點。

三是電動化。與傳統(tǒng)液壓驅(qū)動ROV相比，電驅(qū)動ROV具有體積更小、重量更輕、靈活性更高、環(huán)境適應性更好等優(yōu)勢，且不存在漏油風險，將成為ROV發(fā)展重要方向之一。

四是專業(yè)化。根據(jù)日益出現(xiàn)的各種特殊任務需求，ROV將研發(fā)配備相應新型專用設備，專業(yè)化程度不斷增強。

五是模塊化。為了提升ROV可維護性和經(jīng)濟性，ROV的各種關(guān)鍵配件將逐步實現(xiàn)標準化、系列化、產(chǎn)業(yè)化，做到關(guān)鍵配件“即插即用”式安裝和更換。

六是協(xié)同化。隨著各類水下機器人應用的不斷增多，會需要ROV與其他類型水下裝備協(xié)同作業(yè)，共同完成更加復雜的任務，提高作業(yè)效率。

隨著我國深海開發(fā)進程的不斷推進，亟需ROV等深海裝備支撐?？紤]我國ROV發(fā)展現(xiàn)狀，提出如下建議：

一是加強ROV頂層發(fā)展規(guī)劃研究。持續(xù)跟蹤世界ROV發(fā)展最新動態(tài)和趨勢，基于國內(nèi)發(fā)展需求和短板問題，滾動開展ROV等水下裝備科技發(fā)展戰(zhàn)略研究，統(tǒng)籌制定詳細的ROV分階段研發(fā)目標和發(fā)展路線圖，分步有序推進ROV發(fā)展進程。

二是開展高端ROV與關(guān)鍵系統(tǒng)設備自主研制。重點突破ROV多功能/模塊化總體設計、高精度綜合水下導航定位、智能化綜合控制、低密度/高強度深海浮力材料、輕質(zhì)/高強度/耐磨損全海深臍帶纜、高集成度/高可靠性/精細化深海機械手等關(guān)鍵技術(shù)，研制全海深ROV、電力驅(qū)動ROV等作業(yè)型高端ROV產(chǎn)品，推動高精度、高可靠的控制系統(tǒng)、臍帶纜、機械臂、導航定位系統(tǒng)、水下專用工具等關(guān)鍵系統(tǒng)設備的自主研發(fā)與應用，提升我國ROV自主配套水平。

三是推動ROV產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。充分發(fā)揮財政投入的引導作用，吸引各類社會資本參與ROV研制與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，強化多元投入格局；實施ROV關(guān)鍵系統(tǒng)設備自主配套等相關(guān)產(chǎn)業(yè)鼓勵政策；深化本領(lǐng)域“產(chǎn)學研用”合作力度，推動ROV工程應用與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，打造我國ROV自主品牌，逐步形成覆蓋研發(fā)、設計、建造、配套、試驗與運維等產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)的ROV自主研制及產(chǎn)業(yè)化能力。

中國LPG船成功打入日本市場

近日，中國船舶旗下江南造船與日本船東Kumiai簽訂了1艘4萬立方米中型全冷式液化石油氣(LPG)船建造意向書。這是江南造船與Kumiai的首次合作，也是江南品牌液化氣船第一次獲得日本專業(yè)液化氣船船東認可。

該型船是江南造船全新自主研發(fā)的中型全冷式液化氣船，該船型設有3個A型獨立液罐，除液化石油氣(LPG)外還可運輸氨水和氯乙烯單體(VCM)等更多的石化產(chǎn)品，其顯著特點是配置了一臺綠色環(huán)保的LPG 雙燃料主機，配合軸發(fā)在LPG 燃氣模式下，硫氧化物(SOx) 的排放可以降為“零”；其燃氣/油經(jīng)濟性指標處于國際領(lǐng)先水平；配合江南智能船舶系統(tǒng)，該船型還可為船東優(yōu)化航線、提升綜合能效和船岸一體化管理效率。