ROBOT INDUSTRY
ROV（Remote Operated Vehicle）——遥控水下机器人，由一根脐带缆与船相连，具备优秀的潜水能力、操控性能和作业功能。博雅工道（北京）机器人科技有限公司深入研发重型化、多样化的ROV装备，助推我国资源开采业走向深海。
近年来，在各大博览会上，一款能以假乱真的“金龙鱼”屡屡夺人眼球，这款仿生鱼来自博雅工道（北京）机器人科技有限公司（以下简称“博雅工道”）。其实，博雅工道不仅精于水下仿生技术，还攻克了运动控制、水下通信和水下协同等多项关键技术，自主研发了多款作业级水下机器人设备，在水利水电、打捞营救、环境监测和国家安全等领域发光发热。
图1 博雅工道水下机器人家族
博雅工道起源于北京大学工学院水下智能装备团队，一直坚持以市场思维对实验室尖端科研成果做“减法”，谋求“产”与“研”的转化和平衡。公司布局多规格作业级ROV的研发和定制化销售，2021年获国家级专精特新“小巨人”企业荣誉称号。
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ROV典型应用场景——海上风电
截至2023年底，我国海上风电累计装机规模达到37.7GW，约占全球海上风电市场份额的一半，为全球能源结构优化做出突出贡献。与此同时，海上风电运维成本高的难题也浮出水面。为应对海上恶劣的自然条件，定期掌握水下资产健康状态，避免企业因风电机组故障而蒙受巨大的经济损失，发展擅长水下检测的ROV对我国海上风电业可持续发展具有重要意义。
海上风电场的维护工作主要围绕水下资产展开，通常包括针对风电机组、海上升压站的桩基础结构和海底电缆的巡检和维修。ROV依靠脐带缆提供充足动力、实时传输数据，能够针对检测作业类型搭载各类传感、测量和检测系统，针对维修作业类型搭载各型号机械臂等自动化末端，具备优秀的水下作业能力。
随着海上风电和深海钻井等行业的发展，人类对海洋资源的认知和利用已触及深远海，亟需性能强大的重型化标准型ROV来进一步提高海洋资源开发能力。此外，水下作业种类趋于多样化，例如采样、测量、抓取、切割等，需要新型机械末端以协同开展水下探测和作业。
图2 博雅工道水下机器人为中海油集团提供水下服务
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梯度布局作业级ROV
水底的干扰力来源复杂，可能是船舶推进器带起的波浪，也可能是水底地形的变化。因此，水动力数值具有实时变化的特征，深远海环境尤为显著。在水下机器人领域内，运动稳定性是评价航行器抗干扰能力的重要指标，被定义为航行器受到扰动后，恢复运动状态的能力，在水下航行器潜伏，或开展定深作业时，其运动稳定性至关重要。博雅工道总经理助理付钰涵解释道，自重的大小与航行器的运动稳定性息息相关。博雅工道依据抗水体扰动能力由小到大，梯度设计了R20、R45、R150、R400等多种自重的水下机器人，应用场景涵盖管道、静水生态系统、湖泊、近海和深远海。
图3 博雅工道R150轻型作业级水下机器人
在城市地下管网检测和小型湖泊的水下巡检工作中，轻量化的水下机器人想要具备高度灵活性，就要以损失一部分抗流能力为代价。相比之下，自重较大的水下机器人搭载强劲的动力系统，可以在湍急的水流中开展消防救援工作。“近年来，国家重视防溺水应急救援装备的研发和配备，水上搜救、深水救捞机器人订单量飙升，博雅工道已占据国内水下消防救援机器人市场份额60%左右。”付钰涵谈道。
水下机器人升级到100公斤级后，可以适用于近海水域，例如R150和R400作业级水下机器人。设备可搭载多波束声呐、USBL（超短基线定位系统）、CTD（温盐深仪）等多种传感器，能够满足环境探测、海底测绘等不同水下作业需求，结合5自由度或7自由度水下机械臂，还能实现打捞作业。R150水下机器人拥有系列化下吊舱系统，如履带等，还配备了多组通用水密搭载接口，能够兼容市场上的主流海洋仪器与水下作业工具，扩展能力极强。它主要的应用场景是海底固定资产的巡检工作，例如海底电缆、隧道和坝体的检测工作。
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自研两种关键零部件
ROV完整作业流程分为三个部分：机器人运行到指定位置、传回目标对象的图像，以及进行精细化操作。付钰涵介绍了两种自研关键零部件，分别为高压磁耦合推进器和水下激光测距仪。
图4 博雅工道F-LM150激光测距仪
推进器是水下机器人的动力装置，也是后续一切操作的基础。其中，螺旋桨是推进器最关键的部件之一，通过桨叶旋转，将电机转动功率转化为推进力。博雅工道自主研发的高压磁耦合推进器，抛弃桨叶之间传统的旋转轴和轴封，利用电磁的反作用力，实现无接触、无泄露传递扭矩的螺旋桨转动，防止推进器工作时因螺旋桨被物体缠绕堵塞而损坏。博雅工道掌握ROV运动控制算法、设备协同操作算法等多种自研算法，开发定深、定向智能模式，可以让ROV 在变化的水动力参数下，实时调整多个螺旋桨的状态，从而维持机器人的作业深度和实时位姿。
在陆地上，激光测距仪被广泛地应用于精确测量的任务中。在水体中，水的折射特性会造成激光测距误差，水对激光的吸收及散射效应会造成信号减弱甚至丢失，这一效应将随着水的浑浊程度的变化而变化。由此可见，一台高精度水下激光测距仪具有极高的技术含金量。博雅工道自主研发的F-LM150激光测距仪用于水下短程高精度测量，最高精度可达亚毫米级，与国外同类设备的性能基本持平，成本仅为后者的40%左右，为国内水下高精度测绘作业提供技术支撑。
每一次产品升级，不仅仅需要硬件性能呈指数增长，还意味着环境测试全套流程需要重新来过。博雅工道售出的定制化ROV的工作深度不一，最深可达300米。据付钰涵介绍，博雅工道搭建了若干测试水池，并获批三亚市南山港的出海测试许可，能够满足不同自重的机器人所需的测试条件，开展推进器运转检查、稳定性能测试、耐用程度测试和数据采集准确性测试等。
图5 博雅工道水下机器人为中海油集团提供水下服务
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着力研发吨级标准化ROV
海洋石油勘探平台多布局在深远海，轻量级的水下机器人容易被洋流和海底生物等复杂环境因素侵扰，从而失去运动控制能力。海洋石油勘探平台的维护工作亟需重量级水下机器人。“国际市场上已经出现较为成熟的吨级水下作业机器人，但国产水下机器人还达不到这个水准，各厂商都在投入精力研发吨级ROV。”付钰涵谈道。
图6 博雅工道水下机器人为中海油集团提供水下服务
造成国产水下机器人技术发展缓慢的原因之一，是业内暂未整合成熟的水下机器人上下游产业链。“从前，我们很少能够找到完全对口的供应商，做陆空机器人出身的厂商生产出的配件，通常在抗水流和抗腐蚀性能上有欠缺，如果囫囵组合成整机，只会生产出不合格的产品。”付钰涵解释道。据悉，博雅工道从内外两侧发力，在联络对接一批水下机器人核心零部件的专业厂商的同时，在安徽省天长市、浙江省余姚市、海南省海口市、广东省深圳市等地设有研发中心及生产基地，共同为整机提供性能更优秀、成本更低廉的抗腐蚀框架和配件。
ROV具有良好的外部扩展性，能够搭载各类传感系统、检测系统和机械手作业系统。博雅工道正不断探索水下机器人新应用，以期形成可供复制的标准化整机和解决方案，缩减新产品研发成本和周期，推动水下机器人更快更好地普及千行百业。
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