水下機器人是一種可在水下移動、具有視覺和感知系統，通過遙控或自主操作方式使用機械手或其它工具，代替或輔助人去完成某些水下作業的裝置。

水下機器人為服務類機器人，具有60多年的發展歷程。水下機器人的研究方向以無人化為主，使其可在高危險、被污染以及零可見度的水域環境下工作，配備聲吶系統、攝像機、照明燈和機械臂等裝置，可以完成實時視頻傳輸、聲吶圖像繪制，抓起重物等各種專業操作。目前，水下機器人已經在海洋探索、漁業養殖、水下檢測維修、搜救、消費娛樂、軍事、教育等領域廣泛應用。
水下機器人起始于軍事領域，1953年至1974年水下機器人開始被研制和開發。美國的CURV系統在西班牙海成功地回收一枚氫彈，引發了世界各國的關注。伴隨著各國軍事項目的推進，自1953年第一艘無人遙控水下機器人問世，到1974年的20年里，全世界共研制了20艘無人遙控水下機器人。

早期的水下機器人要應用于海洋石油開采業務，1975至1985年，由于海洋油氣業的迅速發展，水下機器人飛速發展進入一個全新的發展時期。到1981年，無人遙控水下機器人市場保有量400余艘，其中90%以上用來直接或間接為海洋石油開采業服務。海洋石油和天然氣開發的需要，推動了水下機器人理論和應用的研究，水下機器人的數量和種類顯著增長。

按照無人潛水器與水面支持設備（母船或平臺）間聯系方式的不同，水下機器人可以分為兩大類：一類是有纜水下機器人，習慣上把它稱為水下遙控運載體（Remotely Operated Vehicle）簡稱ROV，ROV通過電纜由母船向其提供動力，人在母船上通過電纜對ROV進行遙控；另一類是無纜水下機器人，習慣上把它稱為水下自主式無人運載體（Autonomous Underwater Vehicle）簡稱AUV，AUV自帶能源，依靠自身的自治能力來管理和控制自己以完成人賦予的使命。

ROV的分類

ROV數量眾多，設計各不相同，功能及復雜度千差萬別，這些都給ROV的準確分類造成一定困難。英國Douglas Westwood根據業界實踐，將ROV分為7種類型，分別為微型ROV（Miniature ROVs, MROVs）、可視型ROV（Eyeball ROVs, EROVs）、觀察型ROV（Inspection ROVs, IROVs）、拖拽型ROV（Remotely Operated Towed Vehicles, ROTVs）、作業型ROV（Work-Class ROVs, WROVs）、履帶型ROV（Tracked ROVs, TROVs）、挖掘型ROV（Ploughs）。


⒈微型ROV（MROV）
微型ROV從銷售數量上看是ROV工業里增長最快的一個細分領域。它們通常是全電力的系統，用于開放水域或封閉水域（如液艙）的檢查和監測等。MROV能在各種環境中使用，如清潔水、受污染水、冷水、海水等。MROV的工作水深一般小于100米，但如果搭載在其他大型潛水設備上使用，理論上可到達任何深度。部分MROV配備圖像聲吶，使其能用在能見度低的環境中。此外，MROV也可以配備其他設備如小型機械手等。


⒉可視型ROV（EROV）
可視型ROV通常是全電力的系統，用于執行檢查任務，有時也用于支持潛水員的潛水活動。EROV在潛水員下潛之前先行檢查危險水域，或為其提供照明和圖像記錄。EROV因其較低的成本廣泛應用于科學研究領域。EROV雖然沒有作業級ROV那樣的動力和載重，但也可作為各種傳感器、工具設備、機械手等的平臺。大部分EROV工作水深在300米以內，隨著技術的進步其工作水深及功能在不斷提高。


⒊觀察型ROV（IROV）
觀察型ROV通常用于水下結構和硬件的檢查、測量、打撈、收集物理和圖像樣本等。IROV可以配備與WROV相似的機械手，但該機械手并非固定搭配，而是能被隨時拆除，這使得IROV擁有很大的靈活性，在執行不同任務時選用不同的設備。早期IROV使用液壓推進方式，目前則越來越多地使用電力推進。大部分IROV的工作水深在1000米以內。IROV因兼顧功能和成本，廣泛用于海洋可再生能源領域。
⒋拖拽型ROV（ROTV）
拖拽型ROV由水面船艇拖拽，是水下傳感器的平臺，通過其表面的控制單位控制ROTV的水平和垂直位置，使其能精確執行測量等任務。ROTV擁有較大的尺寸，且通過拖纜能提供足夠的電力和數據傳輸速度，因此ROTV能比AUV等搭載更多的測量設備和傳感器。ROTV測量具有很高的穩定性，能獲得精確的經緯度、高度等位置信息。ROTV的直線測量方式可用于海底線纜及管道檢查，以及軍事上探測魚雷等。與WROV相比，ROTV的測量速度較快，但不能像WROV那樣執行更深入細致的工作。使用ROTV的船艇一般也同時配備IROV，用以監視ROTV在執行任務時是否存在異常。


⒌作業型ROV（WROV）
作業型ROV主要用于油氣開發行業，包括鉆井支持、施工支持和檢查修理維護等細分領域。作業型ROV通常配備有2只機械手，可直接進行抓、推、拉等，也可以使用其他工具。作業型ROV通過電纜獲得動力和控制信息，既能進行監測和探查，也是各種水下工具的平臺。一些制造商根據WROV執行任務的不同將WROV分為重型和超重型，也有的制造商將WROV歸類為調查型，因為它能搭載大量傳感器并具有很高的數據傳輸速度。WROV通常配置在配備ROV收放系統（Launch and Recovery System, LARS）的專用船舶上。WROV的工作水深在1000米以上，通常在3000～4500米之間，這也是大部分商業作業的范圍，部分WROV可根據任務的不同到達更深的水域。


⒍履帶型ROV（TROV）
履帶型ROV主要用于海底采礦及電纜/管道的安裝、埋藏等，因主要在海底作業，因此TROV采用履帶更便于活動。目前大量TROV被用于海洋可再生能源項目的線纜安裝，或者對海上風力發電機安裝位置進行水文特征測量。部分TROV被長期置于水底進行海洋觀測。


⒎挖掘型ROV（Plough）
挖掘型ROV是尺寸最大的ROV，用于易受魚群干擾或破壞的水域的海底管線埋藏等。Plough由大型船舶驅動，帶有大量工具、設備和系統，造價及使用成本均十分高昂。
以上分類方法或許過于復雜，ROV還有一種較為簡單的分類方法，即只把ROV分為觀察級和作業級。觀察級ROV針對水下特定目標進行定期觀察和檢查，如水下基礎設施、漁業、船體、以及科學研究項目等。其核心部件是水下推進器和水下攝像系統，有時輔以導航、深度傳感器等常規傳感器，本體尺寸和重量較小（通常小于15kg），負荷較低，成本較低，工作水深一般在1500米之內。

作業級ROV用于水下打撈、水下施工等應用，帶有水下機械手、液壓切割器等作業工具，還配備前視聲納、側掃聲納、海底繪圖、海底剖面等設備，尺寸和重量較大，造價高，工作水深可達6000米。

ROV的應用

ROV廣泛應用于軍隊、海岸警衛、海事、海關、核電、水電、海洋石油、漁業、海上救助、管線探測和海洋科學研究等各個領域。世界上的海洋大國如美國、俄羅斯、日本、英國和法國等都開發了多種型號的ROV系統，用于不同的使命任務和不同的工作深度。

民用方面，R0V在海洋救助與打撈、海洋石油開采、水下工程施工、海洋科學研究、海底礦藏勘探、遠洋作業等方面發揮著非常重要的作用。目前世界上的ROV主要集中于石油和天然氣工業以及離岸與近岸工程中。歸納起來，ROV在民用上主要有幾個方面的應用:

⒈
石油和天然氣
石油和天然氣的勘探開發是ROV使用最為廣泛的領域，包括鉆井支持、施工支持、檢查修理維護等。其中鉆井支持中包括對海床進行監視、協助控制基盤位置、對防噴器進行監視和清理等。施工支持包括水下處理和分離設備的安裝、水下采油井修理、管線安裝等。檢查修理維護包括對油罐內部或封閉區域進行檢測、設備無損檢驗、更換損壞的零部件等。

2.
海洋可再生能源
ROV在海洋可再生能源領域的應用主要是設備安裝和布線以及檢查修理維護。在設備安裝和布線方面，ROV可以協助進行電纜安裝和埋藏，以及安裝波浪和潮汐發電設備等。在檢查修理維護方面，ROV可以對海上風力發電機可能安裝的位置進行水文特征測量等。

⒊
海洋測量
水下測量包括地形測量、線路測量（管道和線纜）、水文測量等。地形測量主要對海床的深度、地形、結構和水下障礙物等進行測量。線路測量主要是為確保安裝管道的安全性和降低安裝成本，使管道避開障礙區、深海潮汐區、軍事應用區等水域。水文測量并非用于安裝或施工，而是了解海洋水動力情況，為使海洋航行更加安全。
⒋
電力/通信
ROV在電力/通信領域的應用主要是對通信纜/電纜進行安裝和埋藏，以及定期或不定期對電纜進行檢查、修理、維護等。在通信纜/電纜安裝和埋藏過程中，ROV系統和埋纜系統被放置在鋪纜船上，可隨時進行作業以縮短項目時間。在檢查修理維護中，由于通信纜/電纜容易損壞，而損壞時需要將其從海底撈出，因此使用ROV進行線纜的探測和打撈。

⒌
核設施
ROV可以用于核設施的檢查、修理、維護，并在核設施報廢時執行拆除工作。在放射性較高的區域，ROV的電子設備需要采取保護措施。通常使用能在地面或墻壁爬行的ROV來對核設施進行檢查和拆除，而泄露到海中的放射性物質也需要使用ROV來確認并移除。
⒍
海底資源
海洋某些區域蘊藏著豐富的能源、金屬、礦產等資源，如太平洋西部和印度洋沿岸國家就擁有豐富的海底資源，因此海底資源的勘探開發也成為ROV應用的主要領域之一。通常觀察級ROV可用于海底資源探測，而作業級ROV可用于海底資源開發。

⒎
科學研究
ROV在研究方面的應用可分為與科學相關的應用和與技術相關的應用。科學相關方面的應用包括考古、水產/漁業、環境監測、收集海洋樣本、深海熱液調查、湍流研究等。技術相關的應用包括ROV智能系統、任務優化、避碰規則應用，以及自動進行機械手作業、數據處理和樣本采集等。

⒏
安全檢測
在安全領域，ROV可用于在港口開展船體檢測、內河和海岸巡邏、搜救等。船體檢測是海洋安全檢測的重要組成部分，主要是通過公開或隱蔽的方式檢查船舶是否攜帶毒品、走私品、爆炸品等非法物品。內河和海岸巡邏是為發現或阻止恐怖分子、海盜等襲擊海上重要目標。搜救主要應用在發生海上事故的時候。

主要國家或地區ROV發展情況

分國家來看，日本、歐洲、美國、中國等國家在發展ROV上各有特色，主要國家發展情況如下：


⒈日本
1987年，日本海洋科技中心研究成功深海無人遙控潛水器“海豚3K”號，可下潛3300米。研制“海豚3K”號的目的，是為了進行在載人潛水之前對預定潛水點進行調查等深海研究，同時，也可利用“海豚3K”號進行海底救護。“海豚3K”號在前后、上下、左右三個方向各配置兩套動力裝置，基本能滿足深海采集樣品的需要。1988年，該技術中心配合“深海6500”號載人潛水器進行深海調查作業的需要，建造了萬米級無人遙控潛水器“海溝號”。“海溝號”潛水器由工作母船進行控制操作，可以較長時間進行深海調查。日本對于無人有纜潛水器的研制比較重視，不僅有近期的研究項目，而且還有較大型的長遠計劃。目前，日本正在實施一項包括開發先進無人遙控潛水器的大型規劃。這種無人有纜潛水器系統在遙控作業、聲學影像、水下遙測全向推力器、海水傳動系統、陶瓷應用技術、水下航行定位和控制等方面都要有新的開拓與突破。這項工作的直接目標是有效地服務于200米以內水深的油氣開采業，完全取代目前由潛水人員去完成的危險水下作業。


⒉歐洲
英國科學家研制的“小賈森”有纜潛水器有其獨特的技術特點，它采用計算機控制，并通過光纖溝通潛水器與母船之間的聯系。母船上裝有4臺專用計算機，分別用于處理海底照相機獲得的資料、處理監控海洋環境變化的資料、處理海面環境變化的資料和處理由潛水器傳輸回來的其他有關技術資料等。母船將所有獲得的資料經過整理，發送到加利福尼亞太平洋格羅夫研究所的實驗室，并貯存在資料庫里。

在無人有纜潛水技術方面，根據歐洲尤里卡計劃（EURECA），英國、意大利將聯合研制無人遙控潛水器。這種潛水器性能優良，能在6000米水深持續工作250小時，比現在正在使用的只能在水下4000米深度連續工作只有l2小時的潛水器性能優良得多。按照尤里卡EU-191計劃，還將建造兩艘無人遙控潛水器：一艘為有纜式潛水器，主要用于水下檢查維修；另一艘為無人無纜潛水器，主要用于水下測量。這項潛水工程計劃將由英國、意大利、丹麥等國家的l7個機構參與完成。


⒊美國
美國是世界上最早開始研究水下機器人的國家，早在五十年代就開始著手研究。雖然其擁有量相對于日本、歐洲等無絕對優勢，但由于它在水下機器人研究方面由來已久并且一直十分重視，因此在水下機器人技術應用和研發上一直處于世界領先地位。世界上第一個真正意義上的ROV——CURV就是美國研制成功的。目前，美國已經開發了多種型號的ROV系統，用于不同的使命任務和不同的工作深度。例如，美國的MAX Rover是世界上最先進的全電力驅動工作級ROV，潛深達3000米。美國加州制造的Scorpic ROV安裝有水下電視、聲納、5自由度機械手、四只均衡控制的高速液壓推進器，每只提供113kg推力、配備自動導航和定位設備等。


⒋中國
我國對于水下機器人的研究與開發起步較晚，相比于歐美國家和日本，我國一直處于落后水平。與世界其他國家一樣，我國的水下機器人研究也是從立足軍事需求起步的，從“六五”開始對軍用水下機器人進行探索性研究，加上國內其他科研機構、大專院校的同期研制工作，到目前軍用水下機器人已經服役并正在形成系列。

近年來我國的水下機器人研究飛速發展，能夠制造大中小型ROV，在ROV的研制與開發方面也基本能夠滿足國內需求，在國際上占有一席之地。特別是6000米深水機器人的問世，表明我國在此領域已經取得一定成績。但是由于在探測技術、工藝水平、綜合顯控、綜合導航與定位等技術上存在的差距較大，致使國產水下機器人的實際應用受到限制，目前國內在不同領域的應用客戶許多是購買或租借國外現有產品，不僅價格高、配套服務難，而且有些產品并不適合中國海區的使用特點，機動性、抗流能力及作業能力都顯不足。因此，隨著我國海洋開發事業的蓬勃發展及綜合國力的提高，面對不斷增長的市場需求，開發研制適合我國使用需求的水下機器人顯得十分必要和緊迫。

水下機器人的發展前景

水下機器人的技術相對穩定，供應鏈和量產能力是關鍵。受技術水平制約的電源系統、水下通信系統，短時間難以實現顛覆式創新和突破性進步；在設計與制造、推進與控制、導航與定位方面，有相對成熟的技術方案，各廠家的產品同質化，成本控制和供應鏈能力是競爭的關鍵所在；從實驗室環境到大規模量產是對廠商設計、制造、工藝的巨大考驗，量產能力是在市場立足的前提。水下機器人（特別是工業級產品）的差異化優勢，在于具體應用情景的環境感知和作業能力；水下通信技術（光通信、水聲通信）、水下導航定位技術（超短基線定位）、自主路徑規劃與避障是當前技術研究的熱點方向。