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水下机器人概念

水下机器人是一种能够在水下环境中完成各种任务的机械设备。它们通常由机械结构、能源系统、控制系统和传感器等组成，并能够通过远程遥控或自主导航来完成任务。水下机器人可以用于海底资源开发、海洋环境监测、海洋科学研究、海洋军事活动等多种领域。

水下机器人设备行业主要可以分为有缆水下机器人（习惯称为遥控潜水器）、无缆水下机器人（习惯称为自治潜水器）两大类。

水下机器人设备行业的发展方向是朝着智能化、自主化、无人化发展。

图表：水下机器人设备行业分类

数据来源：智研瞻产业研究院整理

2018年我国水下机器人设备行业市场规模为300亿元，同比增长率为20%

我国水下机器人设备行业市场规模逐年增长，且增长速度逐年加快，说明我国水下机器人设备行业市场需求持续扩大，行业发展前景广阔。

图表：中国水下机器人设备行业市场规模（2018-2023年H1）

数据来源：智研瞻产业研究院整理

我国水下机器人设备行业主要集中在华东、华南、华北等地区，这些地区的市场需求较大，行业发展较为活跃。

图表：2018-2023年H1中国水下机器人设备行业区域占比分布

数据来源：智研瞻产业研究院整理

 水下机器人设备行业发展周期

我国水下机器人设备行业的发展周期大致为5年，且发展速度逐年加快，说明我国水下机器人设备行业市场需求持续扩大，行业发展前景广阔。

图表：水下机器人设备行业发展周期

数据来源：智研瞻产业研究院整理

水下机器人设备行业进出口总额统计

智研瞻产业研究院数据显示：2022年水下机器人设备行业进出口总额为84,240万元，相比2021年同期减少了8,656万元，其中：2023年H1水下机器人设备行业进出口总额为72,359万元。

图表：2021-2023年1-7月水下机器人设备行业进出口总额

数据来源：智研瞻产业研究院整理 

水下机器人设备行业进、出口额统计

2022年水下机器人设备行业进口为24,280万元，相比2021年同期减少了24,051万元；出口额为59,961万元，相比2021年同期增加了15,394万元。其中：2023年H1水下机器人设备行业进口总额为18,811万元；出口总额为53,548万元。

图表：2021-2023年H1水下机器人设备行业进出口总额

数据来源：智研瞻产业研究院整理

图表：2020-2023年H1水下机器人设备行业进口出口总额

数据来源：智研瞻产业研究院整理

水下机器人设备行业进出口差额统计

2022年水下机器人设备行业进出口差额为35,681万元，上年同期水下机器人设备行业进出口差额为-3,764万元，其中：2023年H1水下机器人设备行业贸易差额为34,737万元。

图表：2021-2023年H1水下机器人设备行业进出口差额

数据来源：智研瞻产业研究院整理

水下机器人主要技术

水下机器人，简称潜水器，是一种能够在水下环境中进行极限工作的机器人设备。它能够潜入水中，替代人类完成一系列复杂的操作任务。在海洋领域，水下机器人尤其被广泛应用于海上救援行动。考虑到水下环境的恶劣和危险性，人类的潜水深度存在一定的限制，而水下机器人的出现，极大地提高了人类探索和开发海洋的能力。在军事领域，随着无人地面车辆、无人飞机、无人舰艇等无人作战平台在战场上逐渐展现出越来越高的作战效率，无人作战平台无疑将在未来的现代化战争中发挥出举足轻重的作用。

除此之外，水下机器人在地貌勘察、石油开采、水下船舶维护清洁、科学研究、潜水运动、水产养殖、城市管道检测等多个领域的应用价值也逐渐显现，市场规模也在持续扩大。

水下机器人关键技术

1、整体技术

水下机器人是一个技术密集程度高的系统工程，涉及几十个专业学科，相互制约，单纯追求单一的技术指标会丢三下四。要解决这些矛盾，除了要有较强的制度观念外，还要加强协调。在满足整个系统技术要求的基础之上，各个子系统的技术指标应做到互相兼顾，确保整体系统的平衡性和稳定性。

为了在广大范围内进行精确导航，本水下机器人的外形设计充分考虑了流体动力学原理，采用了具有低阻力性能的流线型设计。结构尽量采用轻质复合材料，具有重量轻、浮力高、强度高、耐腐蚀、降噪等特点。

2. 仿真技术

水下机器人在复杂的海洋环境中工作，其任务是通过智能控制完成的。由于工作区域的不可达性，难以对真实的软硬件系统进行研究和测试。因此，在水下航行器方案设计阶段，深入研究仿真技术至关重要，其中主要涵盖平台运动仿真与控制软硬件仿真两大方面。

3.智能控制技术

智能控制技术的宗旨在于提升水下机器人在错综复杂的海洋环境中执行各项任务的自主性，因此，对水下机器人控制系统的软件系统、硬件系统以及控制技术的深入研究显得尤为关键。

智能控制技术的核心架构是将人工智能技术与各种控制技术相互融合，类似于人体大脑与神经系统的紧密协作。软件架构作为水下机器人的整体集成和系统调度中心，对水下机器人智能化水平产生直接影响。其涵盖的内容包括基本模块的选择、模块之间的相互关系、数据（信息）与控制流的传递、通信接口协议的设计、全局信息资源的科学管理以及整体调度机制的优化等。体系结构的设计目标应与水下航行器的研究任务紧密结合，同时也是提高水下航行器智能水平（自主性和适应性）的关键技术之一。我们将持续不断地优化与完善系统架构，进一步提升对未来的预测能力，从而使我们的系统更具前瞻性和自我学习能力。

4. 水下目标探测与识别技术

目前阶段，用于探测与识别水下目标的水下机器人设备主要依赖于一系列高科技的水声设备，如三维成像声纳、合成孔径声纳和前视声纳等。

5. 水下导航(定位)技术

水下自主机器人的导航系统种类繁多，主要包括重力导航系统、惯性导航系统、地磁导航系统、海底地形导航系统、长基线、重力导航系统、短基线以及由光纤陀螺和多普勒计程仪联合构建的估计系统等。由于价格和技术的原因，由光纤陀螺和多普勒计程仪组成的估计系统目前普遍受到青睐，能够满足水下机器人在价格、规模和精度方面的要求，国内外都在加大力度。

6. 通信技术

为了有效地传输数据、协调和恢复，监测、水下机器人需要通信。目前，主要的通信方式有光纤通信和水声通信。

7. 能源系统技术

对于水下机器人，特别是具备强大续航能力的自主水下机器人而言，其所需求的能量系统应具备以下特性：体积紧凑、重量轻盈、能量密度卓越、可实现多次使用、安全性得到保障以及具备低廉的成本优势。

图表：水下机器人设备行业关键技术

资料来源：智研瞻产业研究院整理

水下机器人的发展趋势

1、向远程发展

智能水下航行器远程发展面临三大技术障碍:能源、远程导航和实时通信。目前，众多研究者正在深入探讨的各种潜在可用能源系统包括一次性电池、二次性电池、燃料电池、热力机械以及核能等多个方面。太阳能自主水下航行器的发展是一个令人瞩目的新进展。太阳能自主水下航行器需要浮到水面为机载能源系统充电。这个可用的能量是无限的。

2. 向深海发展。

在全球海洋面积中，深度超过6000米的海域占据了惊人的97%。正因为如此，许多国家纷纷将研发深度达6000米的水下技术视作重要的发展目标。诸如美国、日本和俄罗斯等国家，都在该领域进行了积极的探索和研究，先后研制出了具备6000米级深度潜航能力的无人潜水器。值得一提的是，美国伍兹霍尔海洋研究所研制的一种名为“ABE”的深海潜水器，具备在水深6000米的海底连续停留一年的卓越性能。1993年，日本研制出工作深度11000米的深海无人潜航器“海沟”号。

3、向智能化发展。

提升水下机器人行为的智能化水平一直是全球各国科学家致力于追求的核心目标。然而，由于现阶段的人工智能技术尚无法满足水下机器人智能化程度日益增长的需求，因此，将人类的智能引入水下机器人领域，成为监控水下机器人运行的重要策略。未来重要的发展趋势将更多地依赖于传感器与人类智能，而非单纯依赖机器智能，此类机器人被业界定义为基于传感器的高级水下机器人。发展多机器人协同控制技术也是提高自主潜航器智能化的一个重要方面。