淺談國(guó)內(nèi)外ROV的研發(fā)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

韓朝+山欽

【摘 要】ROV指的是無人遙控潛水器，是目前用于水下觀察、檢查和施工的水下機(jī)器人。本文對(duì)國(guó)內(nèi)外ROV的研發(fā)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探析，概括了目前水下機(jī)器人的基本系統(tǒng)構(gòu)成以及主要特征，從一定時(shí)間內(nèi)對(duì)ROV的發(fā)展概況進(jìn)行探索，并分析了ROV在未來的發(fā)展趨勢(shì)。本文還對(duì)ROV通信系統(tǒng)的重要模塊——通信節(jié)點(diǎn)的基本概念以及運(yùn)作方式和通信方式記性概述，對(duì)于后續(xù)使用及學(xué)習(xí)ROV通信系統(tǒng)方面具有較高的參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】ROV；研發(fā)現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

一、當(dāng)前ROV的系統(tǒng)組成與基本特點(diǎn)

ROV自身具有較高的經(jīng)濟(jì)性，且靈活性也較強(qiáng)，對(duì)各類作業(yè)環(huán)境能夠有效適應(yīng)，其自身具備諸多優(yōu)點(diǎn)使得目前國(guó)內(nèi)外加強(qiáng)了對(duì)其的研究。目前在海洋資源開發(fā)或是水下工程調(diào)查等方面得到了廣泛應(yīng)用[1]。

ROV從系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)上可以將其分為水下潛航實(shí)體和水面控制指揮系統(tǒng)。水面控制系統(tǒng)主要是ROV作為進(jìn)行各項(xiàng)作業(yè)活動(dòng)的主要控制器，其自身具備操控系統(tǒng)、定位跟蹤系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等。其中臍帶電纜是重要的系統(tǒng)裝置，能夠?yàn)樗聶C(jī)器人提供充足的動(dòng)力和活動(dòng)電源，此外還能進(jìn)行信息與活動(dòng)狀態(tài)的傳遞，使得信號(hào)之間能夠有效傳遞。當(dāng)水下機(jī)器人活動(dòng)產(chǎn)生問題之后，能夠?qū)OV迅速拉出水面。水下潛航實(shí)體主要由動(dòng)力推進(jìn)、實(shí)時(shí)通訊、定位導(dǎo)航、執(zhí)行系統(tǒng)等部分構(gòu)成。ROV借助臍帶電纜能夠獲取自身各項(xiàng)活動(dòng)所需要的電源，具備充足的動(dòng)力，不受到能源的限制，使得機(jī)器人自身還能搭載更多的設(shè)備儀器。操作者在水面之上進(jìn)行操控作業(yè)，保障了人員自身的安全性。通過信息交流傳輸能夠掌握大量數(shù)據(jù)，有助于提高人員的決策分析能力。此外ROV自身沒有設(shè)定的電池艙位，自身綜合技術(shù)以及實(shí)際造價(jià)成本較低，所以目前得到廣泛應(yīng)用。

二、國(guó)內(nèi)外ROV的研發(fā)現(xiàn)狀分析

ROV是現(xiàn)今世界上最早開發(fā)和實(shí)際應(yīng)用的無人潛水器，根據(jù)相關(guān)資料記錄，最早研制ROV是在20世紀(jì)的60年代。在1960年由美國(guó)研制出世界上最早的一臺(tái)ROV。后來由于ROV自身的突出功能得到世界廣泛重視。隨著后來社會(huì)的進(jìn)步以及科學(xué)技術(shù)不斷提升，ROV的實(shí)際研發(fā)進(jìn)程不斷加快，開始以產(chǎn)業(yè)化的形式全面發(fā)展。經(jīng)過一段時(shí)間的發(fā)展，ROV已經(jīng)是目前世界工業(yè)體系的一個(gè)組成部分，世界有超過400家廠商進(jìn)行ROV的生產(chǎn)研制，提供與ROV相關(guān)零部件制作等服務(wù)。目前ROV的研發(fā)技術(shù)還是以國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家為首，美國(guó)研發(fā)的MAX Rover是世界全電力驅(qū)動(dòng)ROV，前進(jìn)速度達(dá)到3knots，橫向與垂向的推力分別為39kg和34kg，在一般水流中都能發(fā)揮出高效的性能優(yōu)勢(shì)。日本相關(guān)研究中心所研發(fā)的“海溝號(hào)”是世界上潛水深度最大的ROV，其機(jī)器人可以自身攜帶聲吶和攝像機(jī)等，能夠?qū)Ω黝惡５讏D像進(jìn)行攝像，并且完成相關(guān)的取樣活動(dòng)[2]。

世界上相關(guān)研究基地對(duì)ROV的研發(fā)還在發(fā)展過程中，對(duì)海洋資源以及油氣礦物資源的數(shù)據(jù)采集和研究等方面得到了全面應(yīng)用，是目前采用最多也是經(jīng)濟(jì)效益最佳的潛水器。我國(guó)從事ROV研發(fā)主要是從20世紀(jì)70年代開始的，與發(fā)達(dá)國(guó)家之間相比具有一定的差距，我國(guó)研發(fā)的“海人一號(hào)”能夠在不同的水下環(huán)境展開連續(xù)性作業(yè)，并且對(duì)各類生物能夠進(jìn)行采集取樣，完善切割等活動(dòng)。此后我國(guó)在“海人一號(hào)”的基礎(chǔ)之上加強(qiáng)研究力度，先后研制了不同類別的ROV。隨著“8A4ROV”試驗(yàn)成功，使得我國(guó)在ROV研究領(lǐng)域又跨入了全新的發(fā)展階段。

但是ROV自身探測(cè)能力、制作工藝水平以及導(dǎo)航定位技術(shù)與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家之間仍舊存在著一定的差距，使得國(guó)產(chǎn)ROV的種類受到限制。但是我國(guó)很少引進(jìn)國(guó)外的ROV，因?yàn)椴粌H自身造價(jià)較高，還需要相關(guān)配套服務(wù)來保障ROV的有效運(yùn)行，最關(guān)鍵的是國(guó)外的ROV不能有效適應(yīng)我國(guó)大范圍海區(qū)有效使用，自身抗干擾能力以及靈活機(jī)動(dòng)性受到限制。

三、NODE在Schilling ROV中的應(yīng)用概述

目前Perry、SMD、Schilling這三大ROV設(shè)計(jì)生產(chǎn)商所研發(fā)的ROV是世界上運(yùn)用最多的ROV，在設(shè)計(jì)和實(shí)際使用上都各有優(yōu)勢(shì)，SMD所研發(fā)的ROV是建立在QNX操作平臺(tái)基礎(chǔ)之上的，通過不同的通訊模塊來對(duì)ROV進(jìn)行操作控制。Perry是通過HMI電腦對(duì)ROV進(jìn)行信號(hào)識(shí)別分析。在具體軟件控制過程中，使用者能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行配置更好以及維護(hù)更新。SMD和Perry生產(chǎn)研發(fā)的ROV在硬件使用過程中在水面上通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，水下通過電子艙輔助接線箱進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集和分析。Schilling ROV則是通過模塊化的有效設(shè)計(jì)，不僅對(duì)電腦系統(tǒng)進(jìn)行控制，還通過通信節(jié)點(diǎn)展開數(shù)據(jù)的分析和收集，并進(jìn)行有效的識(shí)別處理。

ROV目前在進(jìn)行水下作業(yè)時(shí)，需要通過NODE通信連接，才能更好地促進(jìn)各個(gè)系統(tǒng)之間的連接。ROV每個(gè)控制系統(tǒng)都只有唯一一個(gè)IP地址，能夠?qū)νㄐ畔到y(tǒng)中的身份展開有效識(shí)別。如果因?yàn)楦黝悊栴}需要更改通信節(jié)點(diǎn)，需要借助相應(yīng)的軟件來擬定全新的通信節(jié)點(diǎn)序位，當(dāng)序位被有效確定之后便不能進(jìn)行更改。NODE自身帶有監(jiān)視器和傳感器，當(dāng)出現(xiàn)問題時(shí)便能及時(shí)進(jìn)行報(bào)警，在系統(tǒng)位置上能夠進(jìn)行標(biāo)識(shí)。NODE上面安裝了不同的保護(hù)裝置，使得ROV水下工作能夠建立一個(gè)安全的環(huán)境。此外NODE系統(tǒng)中大多數(shù)電子元件自身性能穩(wěn)定性較強(qiáng)，后期維護(hù)也具有較大便利。此外系統(tǒng)自身模塊化和可視性較高，便于技術(shù)人員進(jìn)行維修處理。

四、未來ROV的發(fā)展趨勢(shì)探析

ROV自身具有經(jīng)濟(jì)、安全、高效等諸多特性，在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。隨著市場(chǎng)需求的不斷擴(kuò)大，當(dāng)前加強(qiáng)ROV的研發(fā)力度，提供綜合性能更優(yōu)秀的ROV是市場(chǎng)發(fā)展必要趨勢(shì)。未來ROV的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。隨著世界科學(xué)技術(shù)的不斷提升，加上導(dǎo)航定位系統(tǒng)以及通信技術(shù)的發(fā)展完善，使得未來ROV自身作業(yè)能力更強(qiáng)，更便于人工控制操作。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的研發(fā)設(shè)計(jì)，目前ROV技術(shù)已經(jīng)趨向于成熟，未來ROV的發(fā)展主要是為了更好地提升ROV的觀察探測(cè)能力以及頂流抗干擾能力，對(duì)更多的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從而增強(qiáng)自身的實(shí)用性。為了使得ROV的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，需要向低成本以及自動(dòng)化等方向發(fā)展，ROV實(shí)際體積變小，更類綜合技術(shù)有機(jī)結(jié)合，提高性能的同時(shí)降低成本。當(dāng)今世界海洋資源豐富，但是大多海洋深度都在6000m以上，所以ROV研發(fā)還會(huì)朝著更大的作業(yè)深度發(fā)展。

五、結(jié)語(yǔ)

總而言之，隨著海洋資源被不斷開發(fā)利用以及ROV研發(fā)技術(shù)的成熟，未來ROV會(huì)在提升功能的基礎(chǔ)上增強(qiáng)實(shí)用性，提高自身適應(yīng)能力的同時(shí)擴(kuò)大應(yīng)用范圍。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，ROV還將在水下建設(shè)工程、軍事國(guó)防建設(shè)等領(lǐng)域展示出更大的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]許競(jìng)克，王佑君，侯寶科等.ROV的研發(fā)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].四川兵工學(xué)報(bào)，2011.

[2]劉健奕，徐曉麗，趙俊杰等.水下作業(yè)利器 未來前景可期——ROV國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)研究[J].船舶物資與市場(chǎng)，2015.endprint