极限作业机器人系列（七）——水上救援机器人

极限作业机器人（robot under critical working condition）是可以在人为难以接受的环境下工作的工业机器人，水上救援机器人则是其中用于水域救援的一类机器人。

（2018年10月重庆万州公交客车坠江事故救援现场）

每年，因为天灾海啸、洪水、台风，溺水逝去的人不计其数。仅以2020年为例，我国因洪涝灾害就造成6346万人人次受灾，200多人死亡失踪，直接经济损失1789亿元。过去，对于水中救援，只有船舰与潜水员的结合模式，但是针对高流速、大深度、视距短的位置，水下救往往困难重重。水域环境复杂，水流湍急，潜水人员体力限制等这些因素都成为搜救阻碍，且超过30米的水下更是有很大的安全风险，而以水上救援机器人为代表的新科技的出现，给水上救援带来了新的希望。

（水上救援机器人）

世界上第一台水下救援机器人是1974年由Hydro公司生产的RCV-225型有缆无人水下运载器，该装备的质量为82kg，作业深度为400米。1992年日本海洋科技中心研制了无人潜艇“海沟号”机器人, 其最大下潜深度达到10 911.1米。美国研制了著名的Jason系列水下救援机器人。它是一种双体机器人系统，由中继站和机器人本体组成。2002年，Jason系列的第二代Jason-2号水下救援机器人投入使用，其最大下潜深度达到6500米。在上述水下救援装备研究的基础上，智能化成为了水下救援装备的研究方向之一。

(水上智能救援）

孟加拉库尔纳工程技术大学研发了一种新型的救援机器人，该机器人既可以在水面漂浮，又可以在水下完成搜救工作。机器人采用基于物联网的新的通信技术提高人机交互的便捷性，可以有效地应用于任何浅水水域的勘测和救援。意大利开发了一种用于水下搜索的机器鱼，其采用生物机电一体化设计，并研究了仿生运动模式，为开发具有复杂行为的仿生水下机器人奠定了基础。2013年, 美国VideoRay公司研制了多种水下救援机器人, 这些机器人具有强大的水下导航、探测等功能。

（深海救援机器人）

我国对水下救援装备的研究起步较晚，但也取得了一定成果。针对水下搜救作业难度大、强度高、危险系数高等难题，中国船舶科学研究中心(702所)研制了一款适用于浅水水域搜救的遥控式机器人，最大潜水深度为100米，最大前进速度3.7公里/小时，最大下潜速度1.85公里/小时，整体质量为108公斤。机器人的动力充沛，机动性和稳定性较好，可用于水下伤员搜索及辅助打捞等，有效解决了浅水水域搜救的难题。

（水上救援机器人结构图）

沈阳自动化研究所、江苏科技大学及广州航海学院设计的水下搜救的机器人也是水下救援机器人的典型代表，其通过搭载摄像头等传感器，具有追踪打捞、环境监测等功能，可在水流突变等特殊情况下具有一定的防护能力。中信重工研制的“水下机器人”, 最大下潜深度300米, 能够实现水平方向360°任意角度平移。该机器人具备优良的探测能力和精确的定位能力, 其搭载的高分辨率多波束前视声呐能够实现水平方向130°、120米的大范围探测。在水下搜救打捞作业中, 能够快速准确地发现目标, 为搜救打捞作业节约时间。

（搭载水上救援机器人的模块车）

水下机器人进行救援的首要目的应该在于进行水下观测，分析和判断落水人员、车辆、重要物体的具体方位和水中车辆的详细状况，为下一步的救援决策提供支持。掉落的人或事物在水下受到多种力的作用，会发生漂移。水流湍急、水下环境复杂、能见度不高、水温低，救援潜水员在水下持续作业时间有限，危险度高，这时水下机器人就能发挥探测的作用，可以对目标进行精确定位、观测，及时传回水下现场情况。

（水下救援机器人）

水下机器人工作是通过工作人员在船上或者岸上远程操控，基于螺旋桨推进，可快速高效巡游或者直达目标区域，通过视觉等传感器探测生命特征并实时将信息上传，提高了水下救援的效率和可靠性。不过，水下机器人救援也面临困难，主要是受水浪水流等因素影响，水下情况每时每刻都处于动态变化中。浑浊的水体、漂浮物、水下环境对光的折射、散射都会影响到光学传感器回传图像的质量。这就需要水下机器人有非常强的对水下图像进行增强、处理，再色彩还原的能力，同时还得确保水下机器人具有强大的水下稳定运行能力，动力系统稳定可靠，能够完成快速上浮、下潜、推进、后退等动作。

（可打捞的水下救援机器人）

水下搜救机器人最成功的应用主要是对于马航MH370的搜救工作。在此次搜救过程中, 使用了美军自主水下机器人蓝鳍-21, 其能在最深6 000米的海底以3~6 公里/小时的速度行走, 配备了雷达、照相机、摄像机和精确导航系统, 如下图a所示。在韩国“岁月”号客轮的搜救行动中, 韩国海洋科技学院研发的“螃蟹机器人”投入到了救援当中, 如下图b所示。在国内, 四川广元沉船事故中使用了水下搜救机器人, 机器人在水下作业时发现了3具遗体, 如下图c所示。

目前，水下救援机器人的研发主要存在以下问题：1）目前多数水下搜救机器人是通过救援人员在岸上操纵上位机，对水下机器人的运动状态和反馈信息进行实时处理，这就对救援人员的操作能力提出了较高的要求，提高水下救援机器人人机交互的智能化程度是目前救援领域亟待解决的问题；2）由于淡水水域和海水水域的差别，且水下环境存在能见度低等问题，水下搜救装备应根据环境的不同在功能和性能上有所侧重，而目前针对环境影响的研究相对较少；3）目前的水下搜救装备操作能力不足，还需要对其水下的切割、抓捕等功能进行深入研究。

未来，技术会不断更新迭代，水上救援机器人相关技术也会不断进步，给在救援行动中带来新升级，给救援带来更多可能，挽救更多生命。

本文链接：https://www.bjjcc.cn/kepu/16277.html，文章来源：科普之家，作者：清华高端院科普中心，版权归作者所有，如需转载请注明来源和作者，否则将追究法律责任！