发布日期: 2024-04-26
海洋机器人是一种工作于水下的极限作业机器人。水下环境恶劣危险,人的潜水深度有限,所以水下机器人已成为开发海洋的重要工具。海洋机器人主要有:有缆遥控潜水器和无缆遥控潜水器两种,其中有缆遥控潜水器又分为水中自航式、拖航式和能在海底结构物上爬行式三种。
有缆遥控潜水器(ROV - Remotely Operated Vehicle)
水中自航式:这类ROV通过缆绳接收来自母船或平台的操作指令及电源供应,但具备一定的自主航行能力,可以在水中自由移动执行任务。
拖航式:通常较为简单,直接由母船拖拽前行,适用于简单的水下调查或数据收集任务。
海底爬行式:设计有专门的附件或机构,使得它们能够在海底表面或特定结构物上缓慢移动,进行精细的检查或维护工作,如海底管道检测。
无缆遥控潜水器(AUV - Autonomous Underwater Vehicle)
AUV则更加自主,无需物理连接到母船,依靠预编程的任务计划和内置的传感器导航,在完成任务后自行返回预定位置。它们通常装备有先进的导航系统、传感器包(如声纳、摄像头)以及能源系统,能够执行长时间、远距离的探测与数据收集任务。
海洋机器人发展趋势
1) 远程化。目前各国正在研究的燃料电池、小型核能装置等,体积小、能量密度高,可极大提高海洋机器人续航力;适应水下应用的非传统导航方式正获得重点发展,通过高效率、高精度水下导航来支撑 海洋机器人远海作业。
2) 深海化。随着材料、密封技术的进步,发展和优化 6000 m 水深甚至全海深的 海洋机器人方案成为海洋强国的目标。
3) 高度智能化。未来海洋机器人通过联合应用多种探测与识别技术来增强感知环境、识别目标能力,自主系统也具有更高的学习能力;在运动控制、规划决策方面,海洋机器人采用更加智能化的信息处理方式。
4) 作业协同化。随着海洋机器人应用范围的拓宽,除了单一装备执行任务模式外,需要多个自治与遥控无人潜水器协同来承担更加复杂的任务,通过规模、多平台的组网作业来增强探测与作业能力。
主要驱动因素:
1. 石油和天然气的需求近年来有所增长,自2000年以来增长了31%。这种需求主要由发展中国家推动,预计将继续存在,因为石油是主要行业的主要能源,如交通运输、并且不能轻易被替代能源替代。然而,随着来自常规资源的油气供应减少,重点已转移到深水海上油气生产,这反过来又为钻井支持、海底监测和维护活动创造了对海洋机器人的主要需求在海底市场。
2. 海洋强国均制定研发规划,支持海洋机器人发展。美国 2011 年发布《2030 年海洋研究与社会需求的关键基础设施》报告,提出面向 2030 年、包括水下滑翔机(AUG)和水下机器人在内的观测平台类海洋研究基础设施的规划建议;2016 年发布《2025年自主潜航器需求》报告,提出致力于提高自主潜航器的独立性,确保自主潜航器可在最少人员干预下运行数日或数周;2018 年发布《美国国家海洋科技发展:未来十年愿景》报告,规划研发船舶、潜水器等装备;近年来,国防部高级研究计划局(DARPA)重点关注水下无人系统、水下态势感知、水下及跨域通信等领域,推动发展长航时、长距离、可搭载大型有效载荷的海洋机器人和先进自主水下机器人系统等。2015 年,日本依托“下一代机器人关键技术重点科技计划”项目,部署了资源勘探用自主型无人潜水器、遥控无人潜水器等高效海中作业系统以及多台自主型无人潜水器协同作业的研究开发。 2015 年,劳氏船级社等发布《全球海洋技术趋势2030》报告,认为未来一系列具有自主能力的水下、水面、空中装备可协同开展行动并执行任务,为探索、监测、与海洋空间互动提供新手段。各国大力支持发展海洋机器人,从而推动了海洋机器人市场的发展。
3. 随着对速度、续航能力、传感器的需求不断增加,电池成为传统 UUV 的一个问题。目前,大多数 UUV 不具备为电池充电的能力,必须携带大量电池以在整个部署过程中保持电力。因此,高能量密度电源正在寻找实现 UUV 真正运营优势的机会。改进的电池和燃料电池技术将有助于提高 UUV 的运营效益,从而进一步推动市场。
主要阻碍因素:
1) 国内已经研发的海洋机器人“自主”能力仍然偏低,属于“弱智能”。新一代 AI 技术有望显著提升无人潜水器的智能化水平,且新型通信与定位导航、新型能源等方面的技术进步也将促进 海洋机器人可靠性、效率、续航、集群作业等能力的提升。我国的深海探测与作业逐步走向全海深,应梳理共性和差异性需求,配置不同潜深和能力的系列化海洋机器人,以进一步提高效率、降低成本。当前海洋机器人核心设备国产化水平偏低,总体研发进度受制于进口产品,加之深海智能化探测手段不成体系,亟需在智能感知、水下定位及协同、控制与导航、系统安全可靠性等多个方向取得进一步突破。
2) 各类水下装备协同作业能够克服单一装备作业效率有限的制约,实现各类装备作业能力的差异化配置,是执行水下复杂任务的有效方式,成为新一代深海探测与作业技术的发展方向。相关研究内容包括:集群装备多单元空间与环境信息感知、实时融合、集群装备主从单元状态判断、抗交互干扰、时空协调、精确配合、故障诊断与自动排除等智能辅助控制、超高压环境下装备对接与进出舱、集群协同作业管理等。
3) 一直以来限制UUV集群发展的一个主要原因是水下恶劣的通信条件。分布式优化算法能够降低通信对控制的影响,但是现阶段还没有比较成熟的分布式优化算法应用于集群当中。未来分布式优化可能会成为集群发展的突破口。对UUV集群的相关研究越来越多,但是多数研究都局限于理论推导和仿真验证,受限于UUV集群验证平台的发展,相关理论和算法不能得到及时验证。
4) 任务需求越发苛刻,智能深海无人装备对续航力的要求越来越高,常规电池的体积、重量都制约了系统性能。相比水面船舶,智能深海无人装备动力与供能技术的复杂程度更高,储能的体积、重量密度是相关应用的关键因素。高密度、更安全的供能储能技术成为领域技术突破方向之一,具体包括耐高压、耐腐蚀高能量密度能源、水下小体积核动力、深海能源补给等内容。
调研显示,2023年全球海洋机器人市场规模大约为170亿元(人民币),预计2030年将达到325亿元,2024-2030期间年复合增长率(CAGR)为9.9%。未来几年,本行业具有很大不确定性,本文的2024-2030年的预测数据是基于过去几年的历史发展、行业专家观点、以及本文分析师观点,综合给出的预测。
全球海洋机器人(Ocean Robotics)核心厂商包括Oceaneering、Kongsberg Maritime和Lockheed Martin等,前三大厂商占有全球大约50%的份额。北美是最大的市场,占有大约45%的份额。就产品类型而言,遥控航行器是最大的细分,占有大约55%的份额,同时就下游来说,军用和国防是最大的下游领域,占有约46%的份额。
我国海洋机器人领域起步稍晚,但发展迅速。近年来,国家重点研发计划支持了全海深无人潜水器、水下机器人自主避障与规划控制等方面的研究,促进了无人潜水器作业能力与智能化水平的提升。代表性的工作有:CR-01、CR-02 两型 AUV 能够在 6000 m 深海进行地形地貌、浅地层剖面探测;系列化的 AUV 性能指标不断提升,支持大洋矿产资源勘查和大洋科学考察;“海燕”AUG 具有完全自主知识产权,最大潜深达10619 m;“海斗”自主 / 遥控式复合型潜水器最大潜深达10767 m,标志着我国成为世界第三个具备万米级无人潜水器研制能力的国家;“探索 1000”AUV 在我国第 35 次南极考察中首次开展应用,实现了极区海洋观测的应用突破。
相关报告:《全球及中国海洋机器人行业研究及十五五规划分析报告》
报告研究“十四五”期间全球及中国市场海洋机器人的供给和需求情况,以及“十五五”期间行业发展预测。重点分析全球主要地区海洋机器人的产能、销量、收入和增长潜力,历史数据2019-2023年,预测数据2024-2030年。
本文同时着重分析海洋机器人行业竞争格局,包括全球市场主要厂商竞争格局和中国本土市场主要厂商竞争格局,重点分析全球主要厂商海洋机器人产能、销量、收入、价格和市场份额,全球海洋机器人产地分布情况、中国海洋机器人进出口情况以及行业并购情况等。此外针对海洋机器人行业产品分类、应用、行业政策、产业链、生产模式、销售模式、行业发展有利因素、不利因素和进入壁垒也做了详细分析。
全球及中国主要厂商包括:
Oceaneering
Kongsberg Maritime
Lockheed Martin
SAAB Group
TechnipFMC
BAE Systems
ECA Group
Atlas Elektronik
Teledyne Gavia
OceanServer Technology (L3Harris)
General Dynamics
Total Marine Technology (TMT)
International Submarine Engineering
天津深之蓝
博雅工道(北京)机器人科技
按照不同产品类型,包括如下几个类别:
遥控航行器
自主水下航行器
按照不同应用,主要包括如下几个方面:
军用和国防
商业用途
其他
本文包含的主要地区和国家:
北美(美国和加拿大)
欧洲(德国、英国、法国、意大利和其他欧洲国家)
亚太(中国、日本、韩国、中国台湾地区、东南亚、印度等)
拉美(墨西哥和巴西等)
中东及非洲地区(土耳其和沙特等)
本文正文共12章,各章节主要内容如下:
第1章:报告统计范围、产品细分、下游应用领域,以及行业发展总体概况、有利和不利因素、进入壁垒等;
第2章:全球市场供需情况、中国地区供需情况,包括主要地区海洋机器人产量、销量、收入、价格及市场份额等;
第3章:全球主要地区和国家,海洋机器人销量和销售收入,2019-2023,及预测2024到2030;
第4章:行业竞争格局分析,包括全球市场企业排名及市场份额、中国市场企业排名和份额、主要厂商海洋机器人销量、收入、价格和市场份额等;
第5章:全球市场不同类型海洋机器人销量、收入、价格及份额等;
第6章:全球市场不同应用海洋机器人销量、收入、价格及份额等;
第7章:行业发展环境分析,包括政策、增长驱动因素、技术趋势、营销等;
第8章:行业供应链分析,包括产业链、主要原料供应情况、下游应用情况、行业采购模式、生产模式、销售模式及销售渠道等;
第9章:全球市场海洋机器人主要厂商基本情况介绍,包括公司简介、海洋机器人产品规格型号、销量、价格、收入及公司最新动态等;
第10章:中国市场海洋机器人进出口情况分析;
第11章:中国市场海洋机器人主要生产和消费地区分布;
第12章:报告结论。
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