用于深海钻井作业的自主水下机器人

地球上的许多石油和天然气资源都在海洋下面。尽管由于需求下降、油价下跌、全球石油产量过剩，以及疫情和其他不确定性的影响，全球1000多个活跃钻井平台的钻井作业大幅减少，但其中近200个活跃钻井平台位于海上。

石油和天然气钻井平台可以在两英里深的水下作业。许多深水井和管道系统都依赖无人潜航器来帮助进行安装、检查、维修和维护。但这些无人驾驶车辆通常需要被运送到离岸地点，离岸地点可能在100英里或更远的海上，然后在那里通过系绳进行远程操作。这种常见的情况需要有人驾驶的船只。

2014年，NASA的一组机器人专家开始改变这种模式。休斯顿机电(HMI)诞生了。他们设计了一种自动水下航行器(AUV)和遥控航行器(ROV)的组合，能够在两种功能形式之间来回切换。

HMI产品和服务高级副总裁Sean Halpin表示:“我们认为，由于依赖船只等大型水面平台，海底作业效率很低。“如果我们能把这艘船从行动中移除，我们就减少了巨大的成本。这就是这里的混乱。我们有信心，我们可以完成检查、维护和维修(IMR)，成本约为现在所有人的一半。”

水下变压器

Aquanaut是一款全电动水下机器人，它可以从远程AUV转变为具有两个坚固手臂的无系绳ROV。在水下机器人(AUV)模式下，由于其内置的锂离子电池和推进器的推进，该水下机器人的手臂被包裹在水动力外壳内，一次任务可以行驶超过50海里。在航行过程中，Aquanaut搭载的高精度地球物理仪器可以勘测海床并收集数据。

一旦机器人到达目的地，它就会转换成ROV模式。船体的上半部分抬起，头部旋转到位，露出立体摄像机和强大的3D传感器。额外的推进器出现以提供更好的机动性。两个8轴臂展开，内置力传感器和抓手，随时准备工作。操作任务包括水射流清洗、阴极保护检查(一种用于水下金属结构的常见腐蚀缓解方法)、水淹构件检测(FMD)以及其他用于评估海底油气资产状况的任务。

通信通过机载声学调制解调器进行。一艘小型无人水面舰艇在机器人和通信卫星之间传递信号，使机器人可以在世界任何地方进行控制。尽管具有挑战性，但Aquanaut的创造者对这种通信场景很熟悉，因为他们曾在NASA开发用于太空等偏远地区的复杂机器人。

HMI由尼古拉斯·雷德福(Nicolaus Radford)和雷格·贝尔卡(Reg Berka)创立，两人都是NASA的校友。首席执行官雷德福领导了人形机器人的研究，包括瓦尔基里和机器人，为国际空间站和未来的火星任务。

该公司的投资者不仅押注于Aquanaut外形要素的转型性质，还押注于HMI的技术和服务将为整个能源行业带来的变革。随着油田服务巨头斯伦贝谢(Schlumberger)和钻井公司Transocean的加入，HMI已在两轮投资者融资中筹集了2600万美元，预计将在未来两个季度内完成C轮投资。

海上资产检查的海底服务

HMI瞄准了两个主要市场:1)能源，包括石油和天然气以及日益增长的可再生能源领域;2)国防。目前，他们正在与美国国防部(DoD)合作，但HMI希望国际社会对港口安全等应用感兴趣。Aquanaut可以在海面上悄无声息地巡逻。HMI还看到了电信市场的潜力，检查和维护我们水道下的长传输线。

客户，比如石油公司，可以直接与HMI签订合同，在这种情况下，HMI将部署Aquanaut并自行执行工作，远程操作Aquanaut并直接与客户交互。另一种选择是与油气行业的老牌服务提供商合作。在这种情况下，HMI将交付Aquanaut并确保其运行，但另一个服务提供商将为HMI提供方向，并负责所有客户交互。

在未来，Aquanaut机器人将实现规模经济。以Uber为例。一家公司订购了Aquanaut，它可以在需要时从其海底AUV充电站报告工作，这是移动海底驻地的新兴想法的一部分。目前的rov必须根据需要从A点运送到B点，并且需要一组操作员驻扎在水面船只上。使用HMI的技术，一个舰队操作员，一个驻扎在岸上的HMI团队成员，将能够监督和控制多个机器人。

共享控制vs.自主

HMI负责人认为，高水平的控制是将Aquanaut部署在能源领域的最有效方式，他们可以确保该技术安全有效地运行。在厌恶风险的海上油气行业尤其如此，在这个行业，完全由机器人自主作业的想法还需要进一步深入研究。HMI使用术语“共享控制”来指代Aquanaut的半自主远程操作。

Halpin说:“在石油和天然气市场，机器人只会决定如何高效地做某事。“如果我们说去触摸它，它会适当地安排它的关节。我们给了它自由，我们为它的行动设定了边界。”

Aquanaut能够拥有更大的自主权，但Halpin表示，这个市场还没有准备好。“他们希望与人工操作人员进行更频繁的检查，这比你在国防市场上看到的要频繁得多，在国防市场上，他们确实喜欢高度自治。”

那么为什么Aquanaut有这么大的武器呢?HMI预测了在这些环境中需要执行的操作任务类型，例如操作工具和旋转阀门，但直到行业准备好放弃这种控制还需要一段时间。

Halpin说:“传统的水下机器人看起来就像一个小冰箱，上面有两只小霸王龙的手臂。“所以你必须经常移动汽车。Aquanaut提供了比传统ROV多40%的操作空间。”

如果车辆处于手臂无法正确执行任务的位置，则车辆将自行重新定位。整个机器人只有一个控制系统。

“这一切都与效率有关。我们不想花3个小时去拿一个工具。”

也许有一天阿奎纳特会单干。但前提是要赢得能源部门的信任。与此同时，随着我们了解它在海底的功能，水下变压器将确保其操作员安全上岸。

Tanya M. Anandan是特约编辑机器人工业协会(RIA)和机器人在线．RIA是一个非营利性的行业协会，致力于通过机器人技术和相关自动化来提高北美制造业和服务业的区域、国家和全球竞争力。这篇文章最初出现在RIA网站上．RIA是CFE媒体内容合作伙伴推进自动化协会(A3)的一部分。