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國立成功大學 · 工學院 · UTRC

水下技術研究中心Underwater Technology Research Center從水面到海床

From surface to seabed

涵蓋水面 USV、自主 AUV 與纜控 ROV 的整合式海洋機器人平台;以共通的 ROS 與深度強化學習核心, 貫穿設計、模擬到海試的一站式研發能量。

無人水面載具航行於水面,象徵從水面展開的下潛任務
0 m · 水面 Surface
USV — 2.8 公尺級雙體智慧無人船,本中心銜接水面與水下作業的平台。Fig. 01
The Center · 中心定位

以「從水面到海床、從設計到驗證」為主軸,建立涵蓋水面、中深層水與近距離纜控的完整載具陣容,並以共通的軟體核心與水動力測試能量貫穿其中。

國立成功大學水下技術研究中心(UTRC)隸屬工學院,結合系統及船舶機電工程專業與海洋科技工程實驗室(MATELab)之研發能量,長期投入無人載具、水下作業與海洋工程技術。中心具備 ROV 海事調查與水下考古紀錄之實務經驗,並自主研發 AUV 與 USV 智慧載具及其控制演算法。

VEHICLE CLASSES
3型載具
USV · AUV · ROV
OPERATING DEPTH
0–300m
水面至海床
PATENTS & FILINGS
5項智財
2 已獲證 · 3 申請中
SHARED CONTROL CORE
TD3
ROS + 深度強化學習
01The Fleet · 載具陣容

三型載具,
沿著深度依序展開

Three complementary vehicles, ordered by operating depth

紅色雙體無人水面載具航行於水面
水面 · 長續航
USV01 / 03
0m

無人水面載具

Unmanned Surface Vehicle

2.8 公尺級玻璃纖維雙體智慧無人船,銜接水面與水下作業,並具備布放與回收 AUV 的母船潛力。

路徑追蹤動態避障動態定位駐留自動返航
深入了解 USV
自主航行(可遠端監控)
魚雷型自主水下載具於藍色水下環境航行
中/深層水 · 200 m
AUV02 / 03
200m

自主式水下無人載具

Autonomous Underwater Vehicle

魚雷型、可長時間自主航行的水下載具,以 ROS 結合深度強化學習達成物體追蹤、自動入塢與之字形巡航。

物體追蹤自動入塢對接之字形巡航
深入了解 AUV
完全自主(無纜)
V1V2V3V48 × T200 · 4 向量 + 4 垂直T1T2T3T4Fathom 纜線338 mm457 mm
近距離水下 · 100–300 m
ROV03 / 03
300m

遙控無人水下載具

Remotely Operated Vehicle · BlueROV2 Heavy

纜控、八推進器向量式的重載型水下機器人(BlueROV2 Heavy),以四具垂直推進器強化垂直推力與姿態穩定,六自由度近全向操控,勝任海事調查、水下考古與結構檢測。

海事調查水下考古紀錄水下結構檢測觀測與作業支援
深入了解 ROV
纜控即時操控
02Shared Core · 共通技術核心

一致的軟體與演算法架構

A unified ROS + deep-RL core, reused across vehicles

Sensing
感測
  • Camera / 影像
  • AHRS · IMU / 姿態
  • Pressure / 深度
Data Bus
資料儲存與傳輸
  • 資料儲存
  • 資料傳輸
  • ROS Topics
Control · TD3
控制模型
  • 深度強化學習
  • Calculate next action
  • 決策最佳化
Actuation
致動
  • Thruster / 推進器
  • Rudder / 舵板
  • Side Thruster / 側推
Feedback閉迴路控制:致動結果回授至感測,ROS 節點以 Talker/Topic/Listener 串接,模組可跨載具重用。
Unified ROS Framework

ROS 統一框架

AUV 與 USV 皆以 ROS 的資料儲存、傳輸、控制模型三層架構運作,感測與控制節點以 Talker/Topic/Listener 串接,模組可跨載具重用。

Deep Reinforcement Learning

TD3 深度強化學習控制

兩型自主載具的核心決策皆採 TD3 演算法(Calculate next action),實現智慧導航、動態避障、路徑追蹤與決策最佳化。

Multi-Sensor Fusion

多感測器融合

影像、慣性(IMU/AHRS)、聲納、光達、毫米波雷達、GNSS 等多源資料融合,建構高精度環境與姿態模型。

Hydrodynamic Modeling

水動力建模 · 模擬先行

建立流體動力係數/模型並納入風浪環境參數,於 Gazebo、HoloOcean 等模擬環境重現載具運動,落實「先模擬、後海試」。

03R&D Chain · 研發與測試能量

設計 → CFD/水槽 → 模擬 → 海試

A closed loop from design to sea trial — not just operating vehicles

01

推進性能分析

單獨螺槳測試(Open Water)+ CFD 重疊網格 + 動力計

→ 螺槳推力/扭矩/效率特性

02

水動力參數量測

水平平面運動機構(HPMM)拘束模試驗

→ 水動力導數建模

03

操縱性能驗證

操縱性能測試(浮力/直航/耐海/之字型)

→ 載具運動與操縱性能

04

模擬驗證

Gazebo、HoloOcean、自建模擬環境

→ 控制演算法先行驗證

05

實測驗證

泳池與近岸海域實測

→ 視覺導航、自動入塢等實機驗證

此一「設計 → CFD/水槽測試 → 模擬 → 海試」的閉環,使中心能對外提供載具開發、水動力分析與控制演算法驗證等技術服務。

04Applications · 應用領域

從廣域搜索到精細檢視

Fields & industry services

Intellectual Property · 智慧財產
已取得專利 · 2
  • 半自主式水下自航模型(M597749)
  • 自主式水下無人載具(M577407)
專利申請中 · 3
  • 基於深度強化學習之 AUV 對接作業系統與方法
  • 具自主導航/避障/動態定位之深度強化學習智慧無人水面載具
  • 無人水面載具與水下載具之智能布放與回收系統
01

海事調查與海洋測繪

水下地形、標的物與環境調查

02

離岸能源設施巡檢

離岸風場等結構之水面與水下檢測、維護支援

03

水下考古與文化資產

非接觸式影像紀錄與保存

04

基礎設施檢測

碼頭、橋墩、船體、管線目視與聲納檢測

05

海洋環境監測與研究

長時間定點與區域觀測

06

動態定位與載具布放回收

離岸長時間穩定作業平台

07

技術服務

載具開發、水動力分析、控制演算法與模擬驗證