水下機器人是水下無人潛水器的總稱，主要分為有纜水下機器人（ROV）和無纜水下機器人（AUV）兩類，其中由于ROV占據(jù)水下無人潛器的絕大多數(shù)，所以通常情況下水下機器人也泛指有纜水下機器人，即ROV。ROV因為可實時響應、擴展性強、減少潛水員下水危險性等特點，使得其顯示了很大的水下工作潛力。隨著產(chǎn)品技術(shù)和質(zhì)量的不斷提升，目前ROV已經(jīng)廣泛用于海洋石油、水下檢測、搜救打撈等方面。打撈搜救是一項極為復雜的工程，涉及的領域極多。其中ROV主要工作就是代替潛水員在水下進行水下搜索、視頻觀測和打撈救助輔助等工作。

水下機器人發(fā)展及救撈中應用

水下機器人的研制可以追溯到20世紀中期，而真正引起轟動是1966年，一臺名為“CURV-1”的ROV和載人潛水器配合，成功在西班牙外海找到并打撈了失落在海底的氫彈，從而水下機器人開始受到了關(guān)注。這臺水下機器人是美國1960年研制，專門用于水下打撈的機器人，這臺機器人還在1973年在愛爾蘭成功救援了一搜失事潛艇中的駕駛員。

目前有很多國家和救援組織都采用ROV進行救助打撈工作，尤其是深水的救助打撈作業(yè)。美國Oceaneering公司就是這其中最成功的一家，他們自主研發(fā)并使用多款水下機器人，并配有相應的輔助系統(tǒng)，作業(yè)水域遍布世界各地。在近些年的幾百起搜尋和勘察作業(yè)中，完成成功率近90%，并且創(chuàng)造了最大水深5425m的世界打撈記錄。

在國內(nèi)救撈方面，救助打撈局也已經(jīng)配備了多臺3000-6000m的ROV，并且已經(jīng)在多次大型救撈項目中成功應用，但目前無論是ROV使用率或成功完成率方面都于國外有一定差距，尤其淺水救撈還主要依托潛水員為主。

設備和傳感器推薦

01.纜控水下機器人（ROV）

圖 - 江豚IV-C

02.旁掃聲納或AUV

旁掃聲納又稱為側(cè)掃聲納，通過兩側(cè)的換能器各向海底發(fā)射一條波束，通過接收回波信號的強度呈現(xiàn)海底的二維圖像。旁掃聲納可以選擇拖魚搭載，采用母船拖拽形式工作，也可以通過集成在AUV上進行自主測量

圖 – 旁掃聲納

03.掃描聲吶

掃描聲納是通過換能器發(fā)射一條垂直扇形波束，然后通過機械轉(zhuǎn)動掃描扇形或圓形區(qū)域成像。掃描聲納通常安裝在ROV上，它相當于飛機上的雷達，用于ROV遠距離搜索的補充。但機械掃描聲納對搭載平臺穩(wěn)定性要求較高，所以通常需要ROV坐底穩(wěn)定后，進行掃描，完成整幅圖像掃描后才能繼續(xù)ROV操作

圖 – 掃描聲納圖像

04.多波束圖像聲納

多波束圖像聲納是在一定角度范圍內(nèi)有很多波束同時工作，能夠在改固定角度內(nèi)實時高分辨率成像。通常多用于ROV的實時導航和避障，以及在渾濁水域的目標探測、識別和區(qū)域內(nèi)的檢查。相比于掃描聲納，多波束聲納實時性更好，可以隨時觀測水下情況。

圖 – 多波束聲納圖

由于工作方式和成像結(jié)果的不同，單波束掃描聲納通常是用于定點范圍目標搜索，而多波束圖像聲納更適合實時的觀測。如上圖所示，在攝像頭的視野范圍內(nèi)僅能看到最近處的梯子，但是卻無法看到更遠處的目標物。這時多波束成像聲納就可以有效的補充，發(fā)現(xiàn)ROV前方更多的疑似目標物信息。

05.水下定位系統(tǒng)

由于GPS信號在水下不能傳輸，水下機器人一般選用超短基線水下定位系統(tǒng)確定水下潛器的相對位置和運動軌跡。超短基線也叫做USBL，分為收發(fā)機陣和應答器兩部分，應答器安裝在ROV上，收發(fā)機陣從岸上或船上放入水下。收發(fā)機陣發(fā)射信號到應答器，并接收應答器的回饋信號，利用各個陣元之間的相位差（或者時延差）來測量目標的方位，從而計算出ROV在水下相對收發(fā)機陣的位置。再結(jié)合ROV內(nèi)置的羅經(jīng)和水面上的GPS等系統(tǒng)，即可獲得ROV的絕對坐標位置。

 圖 - 水聲定位系統(tǒng)工作示意圖

06.機械手等輔助工具

 為了方便水下進行樣品的采集，可以根據(jù)情況為ROV選擇搭載了機械手或者其他輔助工具，用于水下的抓取、剪切和取樣等工作。

ROV在救撈行業(yè)的前景和趨勢

ROV目前已經(jīng)成為搜救打撈中不可或缺的力量，它可以代替人在搜救打撈過程中完成很多水下工作，比如穿引鋼絲、水下清障、切割取樣等。尤其在深水環(huán)境和危險環(huán)境，ROV的使用會極大的減少人員損傷風險。國際沉船打撈中ROV都發(fā)揮了重要的作用，也證明了ROV在搜救打撈領域的廣闊前景。但是目前ROV在我國很多搜救打撈工作中并沒有得到廣泛應用，主要有以下原因：

1 水下機器人的成本相對偏高，尤其隨著搜救打撈任務的復雜性，設備成本會成幾何形上漲。

2 ROV的操作員需要具備豐富的經(jīng)驗，需要熟悉設備和傳感器，同時需要具備海洋物理、空間幾何等方面知識和良好的心理素質(zhì)；

3. ROV目前技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，但是水下環(huán)境復雜多變，水流、能見度等因素都會影響到水下機器人操作。

加強水下機器人的應用推廣培訓，擴展水下機器人的搭載能力、降低水下機器人操作難度，能夠更好的使水下機器人服務于救撈行業(yè)。智能技術(shù)的不斷發(fā)展，未來水下機器人也可以通過引入智能技術(shù)，自主判定水下的工作。