第五章第九节水下军用机器人
水下机器人又称为水下无人潜器，分为遥控、半自治及自治型。水下机器人是典型的军民两
用技术，不仅可用于海上资源的勘探和开发，而且在海战中也有不可替代的作用。为了争夺
制海权，各国都在开发各种用途的水下机器人，有探雷机器人、扫雷机器人、侦察机器人等
。
1991年2月18日凌晨，美国海军的“普林斯顿”号巡洋舰游弋在科威特以东的海面上，
为扫雷特遣舰队提供防空掩护。早在“沙漠风暴”行动之前，该海域就发现了水雷。伊拉克
的大多数水雷是一次大战以前设计的，但也有一些新式水雷，如意大利的“曼塔”磁声感应
水雷、前苏联的UDM声感应水雷等。普林斯顿号小心翼翼地以最低速度行驶，一旦发现水雷
，便可立即做出反应。此时是早上7点15分，舰长正在向水兵们讲解水雷的危险性及其预防
措施，他强调指出：“必须特别小心，仔细地寻找水雷。就在几个小时之前，特里波利舰已
触水雷爆炸……”舰长的话还没有说完，突然轰的一声，军舰的尾部发生了猛烈的爆炸，舰
尾被抛向几米高的空中，又摔到甲板上。原来巡洋舰在驶向16米深的浅海水域时，引发了
一颗曼塔沉底水雷。3秒钟后，舰首的右舷又有一枚水雷爆炸，军舰的上层建筑被炸裂，高
强度的钢板被炸弯，螺旋桨轴及舵面被炸坏，距离右舷50米的水手被抛出军舰之外……触
雷后，舰上的高射炮全都不能用了，8个巡航导弹发射架断裂变形，导弹四处散落。经过几
个小时的紧急抢救，潜水员潜入水下反复检修，总算勉强地排除了部分故障。在扫雷舰、救
护舰的护航下，普林斯顿号被拖离海滩，拉到阿联酋进行大修。
普林斯顿号触雷事件对各国的海军震动极大。一枚价格不到1 000美元的小小的水雷，
竟然
重创了上亿美元的大型军舰，水雷真是海军的大敌！水雷的种类繁多，有漂雷、锚雷、沉底
雷、上浮雷、自掩埋水雷、拖带水雷及遥控水雷等。从引爆方式又可分为触发水雷及非触发
水雷，后者可分为磁性水雷、音响水雷和水压水雷等。利用不同的水雷封锁航道，不仅在战
争期间是对海军的巨大威胁，而且战后清理它们也是个令人头痛的事情。
正像在地面上一样，海上扫雷也是一项既困难又危险的工作。要扫雷先要发现水雷，现
在海军主要依靠扫雷舰上的声呐，但是它的效果并不理想，而要发现沉底雷及埋在泥沙中的
水雷就更加困难。扫雷则非常危险，在作战情况下就更加危险，因为除了水雷外，扫雷舰随
时可能受到敌机、岸炮和导弹的袭击。
遥控扫雷机器人
为了避免人员的伤亡，一些发达国家都依靠遥控潜水器（ROV）扫雷。目前扫雷用的ROV
的潜水深度一般为几米到500米左右。用ROV扫雷的过程大致如下：扫雷舰的声呐发现水雷后
，先给出其大致方位，然后给ROV装上扫雷装药，再把ROV放入水中。操作人员通过光缆控制
它驶向目标，在目标附近，ROV的摄像机拍摄目标的图像并将它传回军舰，操作人员进一步
确定它是不是水雷；若是，就对目标精确定位，ROV把炸药在水雷旁放好，然后返回母舰，
最后引爆水雷。扫除锚雷时，先由ROV切断锚链，水雷浮出水面后再用炸药引爆。
采用ROV扫雷比较安全，但是它的速度慢，扫雷时间长，所使用的扫雷装药也不太理想。这
种装药体积大，一般长1米，直径0.4米，重80～100公斤，一台ROV只能携带两枚，一艘
现代扫雷舰上只能装两台ROV，而且在急流时要求ROV具有较大的动力。由于扫雷装药在爆炸
时会破坏周围的声呐环境，有时难以确定水雷是否被引爆了。特别是许多现代水雷装的是抗
震复合炸药，只有把炸药放得离水雷很近时才能引爆它。
为了缩短扫雷时间提高扫雷的可靠性，人们研制出一种一次性使用的扫雷武器——微型鱼
雷。它不需要用ROV运往目标，而是由扫雷舰把它直接放到水中，然后它自动导向目标，利
用自身的传感器确认并对水雷定位，引爆后摧毁水雷。微型鱼雷既小又轻，一艘扫雷舰可携
带多枚，它的搬运及投放设备比ROV简单，维护方便，价格低廉。因为它采用的是空心装药
，很容易穿透水雷的外壳，因而对置放精度要求不高，特别适合于引爆装有抗震炸药的水雷
。
尽管ROV的传统作用正在受到一次性使用的微型鱼雷的挑战，但它的发展仍具有一定潜
力。未来ROV发展的方向很可能是把可变深度声呐装在它上面，部署到可能有水雷的危险区
域去，扫雷舰就不必亲自前往，这样就大大提高了人员及设备的安全性，也提高了探雷的可
靠性。
水下联网
美国国家标准局参加了国防高级研究计划局海军技术处资助的，旨在保证大量水下机器人
组成的各水下机器人组共同工作的计划。计划的第一个阶段进行由两台同样的机器人组
成的一个组的实验，机器人上装有计算机，配有独立协调工作的人工智能性程序。
机器人控制系统按功能分为三个子系统：传感器信息处理子系统，“世界模型”建立子系统
和任务分解子系统。有关周围环境和机器人内部状态的传感器信息，用来不断更新作为机器
人世界模型基础的数据库。后者还可以用来预报未来的情况和任务，分解子系统用来实时规
划机器人的行动和执行相应的动作。
整个控制系统是按递阶结构建立的，从而可以把初始的目标任务变换为对驱动装置、传感器
、通信设备的指令。最高级是“任务级”，确定各个协调工作的机器人组的共同工作。
下一级是“组级”，把这一共同任务变为每个机器人的任务。完成这些任务的“机器人级”
形成水下机器人的基本运动和其他动作。“基本动作级”建立机器人的相应的中间姿态（位
置和姿势）序列，据此，下一个“原始动作级”计算出平滑的轨迹，平稳的速度和加速度。
最后，最低级“伺服控制级”把这些数据变换成信号，送至驱动装置、传感器和其他仪器设
备。
传感器子系统规划单元编制接通和断开被动与主动定位传感器的时间表。在计划的这一
阶段中，这些时间表只是简单的从数据库中调出，而下一步将生成这些时间表，同时要考虑
定位器获得测量值的价值和迫切性，在接通主动传感器时自身被发现的危险性和测量时所需
要的能耗。
世界模型由两个重要部分组成：（1）存有关于外界和机器本身状态信息的数据库总和
；（2）数据库更新，基于数据库的情况预测和为回答规划和动作执行单元的提问对数据库
内的信息进行检索等的程序。
任务分解子系统的功能主要有：（1）把所有的机器人分组；（2）确定不是完成全部任
务序列而是漏掉其中某些任务的可能性和合理性；（3）粗略描述各个航线和执行任务的战
术；（4）确定下一步规划的优先参数。
我们可以看到，运用上面的方法在情景复杂的组内协调工作的机器人数目增加时，会遇
到很大的困难。在这种情况下，一般是指定一台机器人作为“任务的指挥员”，而在每组指
定一台机器人作为“组长”，相应地把规划分为任务级和组级。这样，就可以对各台机器人
的动作进行协调，即使是在机器人的数据库不同的情况下也能得到很好的效果。
