无人遥控潜水器技术

在众多潜水器中，无人遥控潜水器（remotely operated vehicle,ROV）是目前应用广泛的一种，它通过脐带缆与水面母船连接，能源和信息的传输借助于脐带缆，母船上的操作人员可以通过安装在ROV 上的摄像机和声呐等专用设备实时观察到海底的状况，并通过脐带缆遥控操纵ROV、机械手和配套的作业工具进行水下作业。因为ROV 带有脐带缆，所以它适合进行水下定点作业，而非大范围的探查；也因为ROV 需由脐带缆供电，它才具有作业能力强、作业时间不受能源限制等特有的优势，从而成为水下作业，尤其是深海作业不可或缺的装备。此外，ROV 能够在各种海底环境条件下长时间地执行高强度的定点复杂作业，避免了深潜人员的作业风险。毋庸置疑，ROV 是人类进入深海、探测深海和开发深海必不可少的技术手段，也是衡量一个国家海洋工程装备水平的重要标志之一。

本书是国家出版基金及“十三五”国家重点图书出版规划项目“海洋强国出版工程：高技术船舶与海洋工程装备系列”之一，本书的编写既参考了国内外相关领域的成果，又汲取了我国自主研制的4500米级“海马号”ROV 以及其他系列ROV 产品的研发经验，旨在为读者呈现更切合实际、更实用的工程经验和技术。所有参与编写本书的专家都亲历了“海马号”ROV 的研制，多年来大家对无人潜水器的研制与教学成果进行整理与总结，终形成本书，目的在于为ROV 系统的设计制造、安装调试以及使用维护等提供宝贵的经验和便捷的方法，同时提供、工程实践意义的资料数据和工程实例，顺应现代ROV的发展，为广大科研工作者提供学术参考。

本书共10章。第1章为ROV 的概述，介绍潜水器的定义、分类和特点，以及ROV 的发展现状与应用需求。第2章介绍ROV 的设计基础，包括设计目标、任务、标准、设计开发流程、设计特征，ROV 的系统组成、吊放和回收模式，本体结构、控制，以及能源和信息传输等。第3章详细介绍ROV 的本体设计，其中包括本体结构框架设计、浮力材料、总布置、动力与推进系统、控制系统、导航定位系统、性能估算与结构校核等。第4章介绍ROV 的操纵与控制，包括运动无人遥控潜水器技术坐标系和方程的建立、控制方法以及控制模拟技术。第5章介绍ROV 的能源和信息传输系统设计，包括脐带缆设计。第6章介绍吊放回收系统和中继器，其中包括脐带绞车设计与选型、升沉补偿系统和中继器等。第7章介绍ROV 的控制系统设计，包括水面控制系统和水下控制系统等。第8章介绍ROV 的传感器和作业工具以及作业工具底盘等。第9章介绍国内外具有代表性的ROV及其应用成果。第10章介绍ROV 的发展趋势。

本书汲取作者所在课题组研发ROV 的实践经验进行编写，取材翔实可靠，力求真实新颖，图文并茂，可读性强，能够帮助从事ROV 设计的学者和工程师在短期内系统地掌握其设计方法和工程应用，解决ROV 研发过程中遇到的一些普遍问题。

本书内容提要由魏照宇撰写；前言和第1章由连琏、魏照宇撰写；第2章由连琏和平伟编写；第3章由刘纯虎、黄永展、张小超、陈宗恒及平伟等编写；第4章由姚宝恒和张金华编写；第5章由谢书鸿、平伟和刘纯虎等编写；第5章由平伟、马厦飞和魏照宇编写；第7章由刘纯虎和黄永展等编写；第8章由陈宗恒、罗高升、平伟、连琏编写；第9章由陶军、陈宗恒、连琏、魏照宇编写；第10章由连琏和魏照宇编写；全书由连琏、魏照宇完成统稿。

本书的编写得到了国内多家同行单位、多位专家学者以及广大读者的大力支持与帮助，他们为本书提供了很多的技术成果、信息、经验和心得，以及翔实生动的资料和数据。与此同时，本书作者还参考了国内外同行的很多相关优秀著作，作者在此一并表示致谢。

本书介绍无人遥控潜水器的基本系统组成及各子系统的设计和选型方法。全书共分10章，第1章介绍潜水器的定义与分类、发展历程与现状，以及意义与应用；第2~8章分别介绍无人遥控潜水器的设计基础与本体设计方法、操纵与控制、能源和传输系统设计、吊放回收系统与中继器、控制系统设计、传感器与作业工具等。第9章简要介绍国外比较著名的无人遥控潜水器，重点介绍我国自主研发的“海马4500号”ROV及其在海洋地质勘探和科学考察方面的应用。

本书可供从事无人遥控潜水器研究的科研人员、研究生以及工程技术人员阅读参考。

连琏，教授，博导。上海交通大学海洋研究院副院长，国际电工电子工程师协会（IEEE）海洋工程学会（OES）管理委员会委员。从事潜水器技术、水下探测与作业技术等研究，主持参与多项项目。获中国人民解放军科学技术进步三等奖、国家科技进步二等奖等。撰写和发表论文、研究报告近 40 篇。

1 ROV概述

　1.1 潜水器的定义与分类 

　1.2 不同种类潜水器的用途及特点

　1.3 ROV的特点及分类

　1.4 ROV的发展历程

　1.5 ROV的应用需求

2 ROV的设计基础

　2.1 ROV的设计目标、任务、标准与流程

　2.2 ROV系统的设计特征

2.3 ROV吊放回收模式

　2.4 ROV本体结构形式

　2.5 ROV动力推进和控制模式

　2.6 ROV能源与信息传输模式

3 ROV的本体设计

　3.1 ROV本体框架结构设计

3.2 ROV浮力材料

3.3 ROV的总布置

　3.4 ROV动力与推进系统设计

　3.5 ROV控制系统

　3.6 ROV导航定位系统

　3.7 ROV的性能估算与结构校核

4 ROV的操纵与控制

　4.1 潜水器运动方程

　4.2 ROV的控制方法

　 4.3 ROV运动控制模拟技术

　 4.4 ROV控制方法的应用实例

5 ROV的脐带缆技术、能源与信息传输系统设计

　 5.1 ROV的脐带缆与连接件设计

　 5.2 ROV的能源传输系统设计

　 5.3 ROV的信息传输系统设计

6 ROV的吊放回收系统与中继器

　 6.1 ROV吊放回收系统

　 6.2 ROV升沉补偿系统

　 6.3 ROV中继器

7 ROV的控制系统设计

　 7.1 ROV的控制集装箱布局

　 7.2 ROV的水面监测/控制系统设计

 7.3 ROV的水下控制系统

8 ROV的传感器与作业工具

　 8.1 ROV的传感器

　 8.2 ROV液压作业机械手

　 8.3 ROV的作业工具

　 8.4 ROV扩展作业底盘

9 ROV的应用案例

　 9.1 国外具有代表性的ROV

　 9.2 中国“海马 ４５００号”ROV

10 展望

参考文献

索引 

本书介绍无人遥控潜水器的基本系统组成及各子系统的设计和选型方法。全书共分10章，第1章介绍潜水器的定义与分类、发展历程与现状，以及意义与应用；第2~8章分别介绍无人遥控潜水器的设计基础与本体设计方法、操纵与控制、能源和传输系统设计、吊放回收系统与中继器、控制系统设计、传感器与作业工具等。第9章简要介绍国外比较著名的无人遥控潜水器，重点介绍我国自主研发的“海马4500号”ROV及其在海洋地质勘探和科学考察方面的应用。

本书可供从事无人遥控潜水器研究的科研人员、研究生以及工程技术人员阅读参考。

连琏，教授，博导。上海交通大学海洋研究院副院长，国际电工电子工程师协会（IEEE）海洋工程学会（OES）管理委员会委员。从事潜水器技术、水下探测与作业技术等研究，主持参与多项项目。获中国人民解放军科学技术进步三等奖、国家科技进步二等奖等。撰写和发表论文、研究报告近 40 篇。