優(yōu)缺點并存 水下機器人將成為新的發(fā)展方向

• 2017年9月26日 ZhouXun來源：OFweek 機器人網 624 36
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水下機器人，也被稱為無人遙控潛水器，它是一種用于水下極限作業(yè)的機器人。因為水下環(huán)境復雜，存在各種未知因素，而且人類的下潛能力始終有限，因此水下機器人的出現為人類探尋水下世界提供了巨大幫助。

9月6日，兩名潛水員結伴在河北唐山潘家口水庫下潛探索水下長城時失蹤，直到本月17、18日，兩名潛水員的遺體才被水下機器人尋得。兩名頂尖潛水員的離去，不禁讓我們深感痛惜，與此同時我們也應該思考，是否應該使用水下機器人，避免此類悲劇重演。

潛水，是一項既能鍛煉身體，又能探尋神奇的水下世界的運動。如今已有越來越多的人開始接觸并參與其中。

但是在本月9月6日，兩名潛水員結伴在河北唐山潘家口水庫下潛探索水下長城時失蹤，直到本月17、18日，兩名潛水員的遺體才被水下機器人尋得。

據了解，兩名潛水員是GUE(環(huán)球水下探索組織)成員，目前在中國只有7個人通過了“GUE”考核，可以說兩名潛水員皆是屬于潛水人士中的頂尖存在。為何兩名經驗豐富的潛水員仍遭不幸呢?關于兩人的死因，早已被討論得沸沸揚揚，到底是潛水員自身的原因?還是電箱電擊導致?我們不好妄加猜測，只能等待權威部門最終的調查結果。

兩名頂尖潛水員的離去，不禁讓我們深感痛惜，與此同時我們也應該思考，當人們面對水底這一類復雜且存在未知因素的工作環(huán)境時，是否應該使用水下機器人，避免此類悲劇重演。

水下機器人的發(fā)展及應用

水下機器人，也被稱為無人遙控潛水器，它是一種用于水下極限作業(yè)的機器人。因為水下環(huán)境復雜，存在各種未知因素，而且人類的下潛能力始終有限，因此水下機器人的出現為人類探尋水下世界提供了巨大幫助。

早期水下機器人的原型是潛水器。早在1953年，第一艘無人遙控潛水器問世。伴隨著海洋事業(yè)的發(fā)展，無人遙控潛水器逐漸被重視。

1975至1985年是遙控潛水器大發(fā)展時期。海洋石油和天然氣的開發(fā)，推動了潛水器理論和應用的研究，潛水器的數量和種類都有顯著地增長。

近年來，各個國家對海洋資源越來越看重，紛紛加大了水下機器人的研發(fā)投入。美國、日本、法國作為最早一批研制水下機器人的國家，如今早已掌握了先進的水下機器人技術。在這方面，中國同樣不甘落后，80年代開始，中國也開展了水下機器人的研究和開發(fā)。今年8月，我國自主研制4500米載人潛水器“蛟龍?zhí)枴钡恼Q生，更是將我國水下機器人研究推上新高度。

從結構上看，水下機器人也實現了從有線遙控到無線監(jiān)控的進化。傳統的有線遙控機器人分為水面設備與水下設備兩部分，水面設備包括操縱控制臺、電纜絞車、吊放設備、供電系統等;水下設備包括中繼器和機器人本體等。機器人本體依靠推進器在水下運動，配備有攝像機、照明燈等觀測設備以及機械手等作業(yè)設備。有線遙控機器人的操控方式，是由操作員在水面母艦上控制和監(jiān)視潛水器作業(yè)，靠電纜向本體提供動力和信息交換。由于電纜的存在，很大程度上束縛了潛水器的水下作業(yè)。

因此新型水下機器人從遙控式向監(jiān)控式發(fā)展。一方面，脫離了有線遙控的束縛，機器人可以更深入更靈活的進行水下作業(yè);另一方面，由主控計算機和潛水器本體計算機實行遞階控制，它能對檢測信息進行加工，建立環(huán)境和內部狀態(tài)模型。操作人員通過人機交互系統向其下達命令，對機器人的動作過程進行監(jiān)視。

現今人們已經開始研制智能水下機器人系統。操作人員只需要下達總任務，機器人就可以自主識別和分析環(huán)境，并自動規(guī)劃行動、回避障礙、自主地完成指定任務。

發(fā)展至今，水下機器人的應用已不再是為了助力海洋油氣業(yè)，尤其是面對復雜多變的水下環(huán)境時，使用機器人可以極大的保障人類人身安全。因此人們已經將其應用在各個方面：

1、搜救事業(yè)

與人類相比，水下機器人擁有更加可靠的續(xù)航能力，因此海上救助打撈、近海搜索、水下目標觀察、水下洞穴搜救等都是水下機器人在搜救上的主要作用。例如本次潛水員遇難事件中，就采用了水下機器人ROV協助搜救。

2、安全檢測

水中建筑例如大壩或橋墩的結構檢測，或者是公安海關使用其進行船側、船底走私物品檢測、危險品靠近檢查等，可以有效避免人身損傷。此外，核電站反應器檢查、水電站檢修等也多采用機器人來進行。

3、科研事業(yè)

科學界一直熱衷于水下環(huán)境的探索。無數未知的事物等待人們去發(fā)掘，因此海洋考察、水下生物觀測、水環(huán)境監(jiān)測以及水下考古、水下沉船考察等，都是水下機器人在科研事業(yè)上的應用。

此外，還有諸如潛水拍攝、漁業(yè)養(yǎng)殖等應用。其涉及層面之廣，為人類從事各種海洋產業(yè)活動提供了巨大幫助。

水下機器人優(yōu)缺點并存

水下機器人的出現開始大量取代過去由載人潛水器或潛水員所承擔的工作，優(yōu)點顯著。第一，安全性方面，無論是高危險度環(huán)境、水污染嚴重環(huán)境還是零可見度的水域，水下機器人都比人類更加有利。通過自身配備的傳感器、攝像頭、探照燈等儀器，采集所需數據傳輸給人類或者自主分析處理，能夠有效的保障人身安全;第二，由于機器人的機械構造，相比人體，能夠提供數倍的力量支持，機器人配備的機械臂機械爪等工具，在沉船打撈、重物搬運方面，能夠極大的提高工作效率;第三，續(xù)航能力，數據表明，潛水員身穿自攜式潛水裝，水深10米左右時，可以在水下停留約30分鐘。另外水溫、水深、水流、波浪、水下能見度以及潛水員體力消耗，都是影響潛水員水下工作時長的重要因素。而水下機器人則可以長時間在水下工作，續(xù)航能力更深一籌。近日由麻省理工學院注資的創(chuàng)業(yè)公司OpenWaterPower研發(fā)了一種電池，甚至可以通過海水轉換電能，讓水下機器人的工作時間延長至原來的十倍之多。

盡管水下機器人優(yōu)點頗多，但是仍有不少方面需要改善。第一，由于水下環(huán)境復雜，水聲信號的噪聲影響較大，機器人身上的傳感器精度易受影響，因此水下機器人的目標探測和識別技術有待加強;第二，水流、水紋等因素都會影響機器人在水下的導航定位，目前常用的慣性導航系統、重力導航系統、海底地形導航系統、地磁場引力導航系統等，基本能滿足水下機器人的需求，但是成本非常高，這也是國內外目前最重視的問題;第三，實時通訊問題，光纖通信不僅傳輸速率快，而且抗干擾能力強，但是限制了水下機器人的工作距離和可操作性。水聲通信是水下機器人實現中遠距離通信唯一的、也是比較理想的通信方式，但是主要障礙是隨機多途干擾，多項技術難題有待解決;第四，智能化不足，增加水下機器人行為的智能水平一直是各國努力的目標，但是目前人工智能發(fā)展水平還不能完全滿足水下機器人的需求。

小結

隨著技術的進步，各式各樣的水下機器人將以更快的速度發(fā)展起來，未來的水下機器人應該具有象魚一樣的推進效率、高的游動速度以及極好的運動靈活性能，同時，提高它的通用性，并且希望其具有一定的人工智能，可以根據內部信息和環(huán)境信息穩(wěn)定可靠地自主作業(yè)，能夠代替人在需要的深水環(huán)境中擔負起自動或半自動的決策任務，以適應未來開發(fā)和探測海洋的需要。此外，還希望能降低水下機器人本體和控制裝置的成本，提高其使用壽命等。

總的來說，水下機器人的發(fā)展現在處在初步階段，還有一些關鍵技術問題需要解決。隨著國家海洋開發(fā)的力度和深度，水下機器人的用途會越來越多，必將成為科技界發(fā)展的一大趨勢。

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