水下遙控機器人最新發展動向

中國船舶集團有限公司第七一四研究所 趙羿羽

經過半個多世紀的發展，水下遙控機器人（ROV）已成為人類進入、探測和開發海洋不可或缺的重要工具，廣泛應用于海洋油氣開發、水下檢測維修、水下施工、水下科考、水下救援、海洋養殖等領域。ROV有不同分類方式，例如按規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型等。本文主要介紹深海作業型ROV發展現狀與趨勢。

國外發展情況

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

1、美國

圖1 美國“海神”號不同作業模式

圖2 日本KAIKO 7000作業系統（圖片來源網上）

美國在ROV技術研發和應用方面擁有絕對優勢，已經開發了多種型號的ROV系統，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和應用的主要機構。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技術研發，研究熱點集中于遙控作業、聲學影像、推進系統、水下定位、陶瓷材料等關鍵技術。

圖3 ROV- UT1 TRENCHER

3、韓國

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

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機器人領域處于全球領先地位，典型ROV包括UT1 TRENCHER（噴沖式海底管道挖溝埋設系統，潛深1500米，作業功率2兆瓦）、QTrencher1400（潛深3000米）等。

法國海洋開發研究院（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公司開發了多型ROV，典型產品是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）。

國內研發現狀

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研發力量逐步壯大，主要科研機構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、西北工業大學、上海海洋大學、浙江大學等；一批企業也加入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。發展至今，我國已掌握了大深度ROV關鍵技術，具備ROV自主設計制造和應用能力，成功研制海龍號、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主要運營機構為國家深海基地管理中心、中國科學院深海科學與工程研究所和中國地質調查局廣州海洋地質調查局等單位。

目前，我國ROV發展仍存在如下問題：一是缺乏ROV裝備與技術系統性規劃發展研究，對ROV創新發展的引領不夠；二是ROV關鍵專用設備的發展滯后于總體集成技術的發展，液壓型機械手、傳感器等關鍵設備/零部件依賴進口；三是產業化進程緩慢，國內相關用戶多是購買或租借國外ROV產品。

表1 我國典型ROV

未來發展趨勢及建議

在海洋開發需求牽引和相關技術發展驅動下，ROV呈現如下發展趨勢：

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

二是高性能化。未來，ROV作業能力將持續增強，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。與傳統液壓驅動ROV相比，電驅動ROV具有體積更小、重量更輕、靈活性更高、環境適應性更好等優勢，且不存在漏油風險，將成為ROV發展重要方向之一。

四是專業化。根據日益出現的各種特殊任務需求，ROV將研發配備相應新型專用設備，專業化程度不斷增強。

五是模塊化。為了提升ROV可維護性和經濟性，ROV的各種關鍵配件將逐步實現標準化、系列化、產業化，做到關鍵配件“即插即用”式安裝和更換。

六是協同化。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同作業，共同完成更加復雜的任務，提高作業效率。

隨著我國深海開發進程的不斷推進，亟需ROV等深海裝備支撐。考慮我國ROV發展現狀，提出如下建議：

一是加強ROV頂層發展規劃研究。持續跟蹤世界ROV發展最新動態和趨勢，基于國內發展需求和短板問題，滾動開展ROV等水下裝備科技發展戰略研究，統籌制定詳細的ROV分階段研發目標和發展路線圖，分步有序推進ROV發展進程。

二是開展高端ROV與關鍵系統設備自主研制。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/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鍵技術，研制全海深ROV、電力驅動ROV等作業型高端ROV產品，推動高精度、高可靠的控制系統、臍帶纜、機械臂、導航定位系統、水下專用工具等關鍵系統設備的自主研發與應用，提升我國ROV自主配套水平。

三是推動ROV產業化發展。充分發揮財政投入的引導作用，吸引各類社會資本參與ROV研制與產業化發展，強化多元投入格局；實施ROV關鍵系統設備自主配套等相關產業鼓勵政策；深化本領域“產學研用”合作力度，推動ROV工程應用與產業化發展，打造我國ROV自主品牌，逐步形成覆蓋研發、設計、建造、配套、試驗與運維等產業鏈環節的ROV自主研制及產業化能力。

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液化氣船船東認可。

該型船是江南造船全新自主研發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)等更多的石化產品，其顯著特點是配置了一臺綠色環保的LPG 雙燃料主機，配合軸發在LPG 燃氣模式下，硫氧化物(SOx) 的排放可以降為“零”；其燃氣/油經濟性指標處于國際領先水平；配合江南智能船舶系統，該船型還可為船東優化航線、提升綜合能效和船岸一體化管理效率。