1.水下机器人简介
1.1水下机器人定义
水下机器人是可潜入水中代替或辅助人类进行水下极限作业的机器人。通过水下目标探测和识别、水下导航定位、水下通信等高新科学技术，水下机器人可实现水下打捞救援、水下探测、水下资源开采、水下娱乐等功能。根据支持系统联系方式不同，水下机器人可分为载人潜水器（HOV）、有缆水下机器人（ROV）和无缆水下机器人（AUV）。其中ROV为国内水下机器人市场主流产品，应用最为广泛，根据移动方式不同，ROV可分为拖曳式、移动式、浮游式水下机器人。水下机器人是一种技术密集性高、系统性强的工程，涉及到的专业学科多达几十种，主要包括仿真、智能控制、水下目标探测与识别、水下导航(定位)、通讯、能源系统等六大技术。
1.2水下机器人类型
从种类上看，根据是否载人可以将潜水器分为载人潜水器和无人潜水器。
载人潜水器由人工输入信号操控各种动作，由潜水员和科学家通过观察窗直接观察外部环境。 其优点是由人工亲自做出各种核心决策，便于处理各种复 杂问题，但是人生命安全的危险性增大，由于载人需要足够的耐压空间、可靠的生命安全保障和生命维持系统，这将为潜水器带来体积庞大、系统复杂、造价高昂、工作环境受限等不利因素。
狭义上的水下机器人是指无人潜水器。无人潜水器按照与水面支持系统间联系方式的不同可以分为有缆遥控水下机器人(remotely operated vehicle，简称 ROV)、无缆水下机器人 (autonomous underwater vehicle，简称 AUV))两种。
1.2.1 有缆水下机器人
有缆水下机器人都是遥控式的，根据运动方式不同可分为拖曳式、(海底)移动式和浮游(自航)式三种。
有缆水下机器人(ROV)需要由电缆从母船接受动力，并且 ROV 不是完全自主的，它需要人为的干预。主要由水面设备(包括操纵控制台、电缆绞车、吊 放设备 、供电系统等)和水下设备(包括中继器和潜水器本体)组成。潜水器本 体在水下靠推进器运动，本体上装有观测设备(摄像机、照相机、照明灯等)和作业设备(机械手、切割器、清洗器等)。潜水器的水下运动和作业，是由操作员在水面母舰上控制和监视，电缆向本体提供动力和交换信息，中继器可减少电缆对本体运动的干扰。由于人们通过电缆对ROV进行遥控操作，电缆对ROV像“脐带”对于胎儿一样至关重要，但是由于细长的电缆悬在海中成为 ROV最脆弱的部分，大大限制了机器人的活动范围和工作效率。
1.2.2 无缆水下机器人
无缆水下机器人一般是自治式机器人，它能够依靠本身的自主决策和控制能力高效率地完成预定任务，在一定程度上代表了目前水下机器人的发展趋势。
无缆水下机器人(AUV)又称智能水下机器人，是将人工智能、探测识别、信息融合、智能控制、系统集成等多方面的技术集中应用于同一水下载体上，在没有人工实时控制的情况下，自主决策、控制完成复杂海洋环境中的预定任务使命的机器人。它能对观测信息进行加工，建立环境和内部状态模型。操作人员通过人机交互系统以面向过程的抽象符号或语言下达命令，并接受经计算机加工处理的信息，对潜水器的运行和动作过程进行监视并排除故障。操作人员仅下达总任务，机器人就能根据识别和分析环境，自动规划行动、回避障碍、自主地完成指定任务。
图 1 水下机器人类型
2.水下机器人市场分析
2.1水下机器人应用场景
水下机器人为服务类机器人，具有60多年的发展历程。水下机器人的研究方向以无人化为主，使其可在高危险、被污染以及零可见度的水域环境下工作，配备声呐系统、摄像机、照明灯和机械臂等装置，可以完成实时视频传输、声呐图像绘制，抓起重物等各种专业操作。目前，水下机器人已经在海洋探索、渔业养殖、水下检测维修、搜救、消费娱乐、军事、教育等领域广泛应用。
根据产品市场定位分类，目前主流水下机器人大制可分为消费级、工业级、军工级三大类。
2.1.1 消费级水下机器人
消费型水下机器人又可分为娱乐与教育两类。娱乐类主要产品形态为水下推进器与水下拍摄机器人。推进器结构较为简单，包括推进器壳体、电池、控制装置、驱动电机、传动装置、螺旋桨及浮力装置7部分。通过手持推进器的方式提控制在水中的活动，调节推进器的转速获得不同程度的助力提高游行速度，推进器不仅可以在水面使用协助游泳初学者学习游泳，而且可以将游泳者带入水下30m深的世界协助潜水爱好者进行观光、探险等活动。
2.1.2工业级水下机器人
由于各行业的需求不同导致工业级水下机器人产品种类众多，总体上看是在推进系统与拍摄系统的基础之上加装机械臂、声、光、电等各类检测、维修的专业设备，根据行业的不同，设备加装的整合方案都会存在差异，技术实现要求高。现阶段最直观判断性能要求的方式是看本体体积大小，本体越大，说明其性能越高，对技术的要求也会更高。
2.1.3军工级水下机器人
军工级水下机器人因国家战略技术储备需求而发展，与娱乐和工业的显著差别在于成本高、技术难度大、研发周期长等。军工级水下机器人对自身的极限在做出各种挑战与突破，重点对侦察、监听、探测与摧毁水雷、反潜作战等方面进行研究，并且对仿生能力做出要求，我国部分项目已经可以做到雷达无法探索到的能力。
图 2 水下机器人的应用范围
2.2水下机器人市场规模
2014年全球水下机器人行业市场规模大约15.91亿美元，到2019年达到31.75亿美元，预测2025年有望达到91.20亿美元。
图 3 全球水下机器人市场规模
随着海洋经济的发展及海洋生产总值的不断增加，开发利用海洋资源逐渐成为国家间竞相发展的战略，水下机器人作为深入水下进行作业的重要工具，市场需求量大幅上升。同时，中国国务院在《中国制造2025》及“十三五”规划纲要等国家政策中提出要重点发展机器人等高性能设备，积极鼓励中国企业进行技术及产业创新，中国政策扶持促进水下机器人行业发展。2014年至2018年，中国水下机器人行业市场规模由12.4亿元上升至40.7亿元，年复合增长率为34.6%。
图 4 中国水下机器人行业市场规模
目前，水下机器人主要的应用场景在消费、工业及军工方向，以下我们将从这三个领域来梳理整个水下机器人的市场规模。
（1）消费领域
2016年11月，体育总局出台《水上运动产业发展规划》，对水上运动的运动设施建设、赛事活动供给、培养多元主体、引导水上消费等角度提出了众多发展规划和指导，并提出到2020年，水上运动产业总规模达到3000亿元，水上运动俱乐部达到1000个，全国水上（海上）国民休闲运动中心达到10个等发展目标。除政策推动，民众需求、旅游发展等因素均在推动潜水产业快速发展。据公开数据显示，我国潜水产业近十年的旅客人数参与度维持在30%以上的增速，截至2017年，我国潜水服务市场规模超30亿人民币。
（2）工业领域
据公开数据显示，到2020年我国民用水下机器人市场规模将达到580.65亿元，其中资源勘查类水下机器人市场规模为241.5亿元，市场占比41.59%；安全监测类水下机器人市场规模分为194.3亿元，市场占比为33.45%；搜索救援类机器人市场规模将达到68.3亿元，市场份额为11.75%。
（3）军工领域
据财政部公开数据显示，2018年我国国防支出费用达到11070亿人民币，相比2017年的10173亿人民币同比增加8.1%，相比之前有了大幅增长，且未来在科技研发上的投入支出力度将持续加大。
2.3水下机器人服务商
水下机器人行业产业链上游参与主体为核心硬件供应企业和核心技术系统研发企业，中游参与主体为水下机器人产品生产制造企业，下游涉及水下机器人产品的各个应用领域。
图 5 中国水下机器人行业产业链
全球水下机器人行业三巨头分别为3M、宣伟涂料、Swarco AG，三家企业的水下机器人2018年总销售额约4亿美金，占全球总销售额的20%。中国水下机器人行业起步晚，行业集中度低，尚未形成集聚效应，技术水平仍存在提升空间。
消费级水下机器人以消费级水下娱乐拍摄机器人和水下助推板为切入点，消费级产品体系初步建立后开始向工业级产品发展，逐步扩展应用情景和行业，不断完善产品生态，该类公司典型代表为吉影科技、微孚智能等。
工业级水下机器人深扎垂直行业，锚定某个工业级应用场景，解决痛点问题。该类公司中的三家典型代表分别是大力金刚科技、海之星OStar和山东未来机器人。
军工级水下机器人依托高校和科研院所的深厚技术积淀和成果积累，早期主打军工、大B市场，后期将技术成果民用化，进入消费级市场，典型代表为国内水下机器人行业两个巨头——深之蓝、博雅工道。
图 6 中国水下机器人行业龙头企业简介
3.水下机器人未来发展分析
3.1未来市场趋势
中国水下机器人行业政策及监管分析为保障水下机器人行业的规范化发展．中国政府相继出台了《中国制造2025》、《机器人产业发展规划（2016一2020）》、《“智能机器人”重点专项2017年度项目申报指南》及《交通强国建设纲要》等多项政策。从水下机器人行业标准、国家扶持政策环境等多方面进行部署。中国水下机器人行业未来发展空间广阔。
表 1 中国水下机器人行业相关政策政策
3.2行业发展建议
3.2.1 水下作业环境额复杂性促进水下机器人智能化趋势
随着人工智能等高新技术高速发展，中国水下机器人逐渐呈现智能化发展趋势，不仅可通过远程控制，还可根据作业现场情况，在无人操控的情况下自主进行水下勘探、监测、采集样本等作业。水下机器人工作环境具有复杂性与未知性，研究人员需不断完善水下机器人现有智能体系结构，采用多种探测与识别技术相结合的方式以提升水下机器人环境感知与目标识别能力，使水下机器人与外界环境产生交互作用以适应作业环境，并通过处理所收集信息的处理进行水下机器人运动控制与规划决策。
3.2.2 产业升级推动水下机器人核心硬件国产化发展趋势
从宏观角度看，国务院在《中国制造2025》及“十三五”规划纲要等国家政策中提出中国将大力推进智能机器人等高性能设备发展，积极鼓励中国企业进行技术及产业创新，重点培育头部企业，带动行业整体发展。中国水下机器人核心硬件技术与国际先进技术间差距大，核心硬件设备进口价格高昂，是制约中国水下机器人市场化发展的主要因素之一，实现核心硬件国产化将促进中国水下机器人行业高速发展。中国水下机器人核心硬件在其生产制造成本中占比约为30％，核心硬件国产化可大幅降低水下机器人生产制造成本、提高企业利润率，加速水下机器人市场化进程。
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