在20世纪70年代到目前,世界上许多国家开始研发出了多种不同结构和功能的AUV。截止到现在,已有几百种水下机器人被作为商品出售,在深海探测和物质资源开发中发挥着不可小视的作用。自主式潜航器将成为未来水下机器人领域研发的主要方向,涉及到控制系统、机械学、人工智能、模式区分等多种高科技[6]。目前,水下开发探测应用到的主要航行器有载人潜水器(HumanOccupiedVehicle—HOV),无人潜水器(UnmannedUnderwaterVehicle—UUV)。无人遥控潜水器(RemotelyOperatedVehicle—ROV)和自主水下航行器(AutonomousUnderwaterVehicle—AUV)包括于无人潜水器中。而AUV和ROV的最大区别即在于,是否存在电缆作为二者和水面操作系统之间的联系。根据上述分类,水下航行器划分图如下图1-1。
早在1800年问世的著名的“白头鱼雷”是AUV技术发展的最初起点。在20世纪50年代末的时候,有史以来的第一艘AUV—SPURV(Self-PropelledUnderwaterResearchVehicle)被美国华盛顿大学发明出来,这艘潜航器的成功代表AUV时代正式来临。在60年代,由于AUV研发难度较大,其工作进展大多数时候处于停滞状态,并未有技术上大的突破。
到了20世纪70年代中期时候,各国为更好的发展壮大自身军事实力,AUV的研究随即被提上了日程。在这个阶段,不少具有代表意义的AUV被世界各国研发出来,例如美国发明的UARS、AUSS、SPURVII,还有苏联研制出来的SKAT系列号以及世界第一艘潜深程度能达到6000米的,由法国发明的“逆戟鲸”号等。
到了20世纪90年代,AUV的研发工作慢慢的开始步入正轨并逐渐趋向于成熟[7]。NPSAUV号是美国研制出来的,它可以在深海最下面着陆并完成实地作业。亚洲范围内研发出来的AUV,很多也被用在海峡探测,在深海里铺设和维护管理光缆,“浦岛”号的AUV是世界上被研究出来的第一艘靠燃料来维持电池动力的水下机器人。在2001年的时候,它完成了单程3小时潜至深3518米处的试验,当即刷新了之前潜航数据[8]。俄罗斯海洋科技研究所研发的MT-88型号的AUV其下潜深度可到6000米,能承载的装置有摄像机和照相机等[9]。
在我国,AUV的研究工作起跑线并不早,相对于国外来说甚至较晚。但是,近年来随着国家资金投资、政策支持等各项工作的大力开展,我国在AUV技术研究方面也取得了一些成绩有了一定的发展。在我国国内,进行AUV研发工作的重点单位有国家海洋技术中心、中科院沈阳自动化研究所、哈尔滨工程大学、中船重工、天津大学等。沈阳自动化研究所,我国水下潜航器发展领域的重要单位。知名的CR-01和CR-02、“探索号”都由该单位主导研发,均为水下机器人领域里的佼佼者。CR-01的研究起初花费三年时间,后来又用一年时间专门进行技术改进,其如图1-2所示。它的成功发明,使得我国在水下机器人研究领域里排名靠前,让中国变成少数几个拥有深潜度达到水下6000米的水下机器人的国家之一。除此之外,沈阳自动化所又研制出了水下滑翔机器人,能靠本身的浮力进行驱动,如图1-3所示。
2、AUV水下机器人发展趋势
从已知的研究资料上看,在未来,水下机器人将主要沿下述列出的方向日益完备拓展它的发展宏图:
1)小型化:
21世纪,高科技的计算机技术带动了各种各样的微型仪器的问世,小型AUV也逐渐跻身其中。它具有操作可靠、能够执行现有设备无法执行的任务,因为体型小,所以它可在狭窄区域活动,完成任务。与此同时,它也携带方便,价格便宜。