深海工作級水下無人遙控載具(Remotely Operated Vehicle; ROV) 佈放回收
大多搭配纜線管理系統(Tether Management System; TMS) 來執行，但是TMS
重達數噸，難以利用小型研究船之A 架或吊臂佈放回收，TMS 之纜線絞機也需
克服電纜出線與收線之張力控制挑戰，與面臨光纖旋轉環(Slip ring) 造價昂貴之
問題。另一方面，有少數深海ROV 搭配迫沈拖體(Depressor) 進行作業，藉由
迫沈拖體消減水面工作船隻運動對於水下無人遙控載具之操縱干擾，提升ROV
運動穩定性。相較於TMS，結合迫沈拖體型式之水下無人遙控載具較適合應
用於小型研究船。中山大學海下科技研究所在能源國家型科技計畫支助下，從
2012 年開始開發了一系列的深海探測載台，其中深海拖曳式光纖探測系統FITS
(Fiber-optical Instrumentation Towed System) 可做為迫沈拖體來配合具備動力之
水下載台執行佈放和回收，實現於小型研究船進行深海定點觀測與採樣的水下作
業模式。因此，在FITS 研發基礎下，本研究進行深海動力載台之硬體系統整合
設計，包括電力系統、通訊系統、動力系統及元件配置設計，整合深度計、高度
計、磁羅經、都卜勒流速計、攝影機、照明燈源、Pan/Tilt 等感測儀器設備。本
研究也進行深海動力載台之水密艙設計，依據電力與通訊架構將載台各元件設置
於水密艙體中。本研究亦進行載台機架設計，配置各水密艙體、外部感測設備與
推進系統於適當位置，並設計電力安全開關，使推進器在未啟動下避免有電壓不
受控制狀況發生。另外，為確保動力載台在通訊不穩定的狀態下造成推進器不受
控，本研究進行通訊監控設計，透過看門狗機制(Watch dog) 確保動力載台推進
器在通訊不穩定時仍能保持安全運轉。

Tether management system (TMS) is the most common launch and recovery
system for work class remotely operated vehicles (ROVs). But with the heavy weight
of a TMS, A-frames or cranks onboard a small vessel are difficult to handle its launch
and recovery because of limited lift capacity. In addition, the winch in a TMS requires
speed and tension control and water-proof slip ring. Instead of a TMS, some
ROVs are deployed with a depressor that dangles at the end of an umbilical while
being connected to the ROV via a tether, thereby decoupling the ROV from motion
of the surface vessel. Compared with a TMS, a depressor in combination with
an ROV is particularly ideal for small vessel operations. Under the support of the
National Energy Program (NEP), the Institute of Undersea Technology at National
Sun Yat-sen University has developed deep-towed vehicles since 2012, including the
Fiber-optical Instrumentation Towed System (FITS). The FITS has been successfully
operated on the R/V Ocean Researcher III, and it is ideally to act as a depressor
in combination with a mobile underwater vehicle for deep sea observation and sampling
operated on a relatively small vessel. Therefore, the objective of this study
was to design the hardware systems of a deep-sea mobile vehicle that can be integrated
with the FITS, including communications, power and telemetry, sensors
and lighting, and vehicle geometry and stability. Sensors and instruments fitted
with the vehicle include a depth sensor, an altimeter, a gyro compass, cameras,
LED lights, and a pan/tilt unit. Compact layouts for accommodating the main
controller/thruster drivers/communication components in waterproof housings are
designed. The frame structure of the vehicle is also designed for accommodating all
system components including sensors, waterproof housings, thrusters, the viewing
system, buoyancy material, and payload. We also designed a power switching circuit
for ensuring operational correction and safety of the thruster drivers. To avoid the
uncontrolled thruster actuation when the communication failed during operation, a
watchdog monitoring system was designed to turn off the thrusters when the communication
link fails.

論文審定書. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i
致謝. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ii
摘要. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii
Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v
目錄. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii
圖目錄. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x
表目錄. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xvi
第一章緒論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 前言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 動機與目的. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 文獻回顧. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.4 論文架構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
第二章佈放系統選用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1 佈放模式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2 佈放系統選用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.3 FITS 性能與規格. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
第三章動力載台硬體架構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.1 感測器與周邊儀器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.2 電力系統. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.2.1 電力架構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.2.2 推進器電源開關安全設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.3 通訊系統. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.4 控制系統. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.4.1 控制架構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.4.2 通訊監控設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.5 動力推進系統. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
第四章動力、通訊與控制系統水密設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.1 馬達驅動水密艙元件配置設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.2 通訊水密艙元件配置設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.3 控制水密艙元件配置設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.4 水密艙耐壓設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.5 接線盒設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
第五章載台機架與元件空間配置設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
5.1 元件配置及固定座設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
5.2 機架結構設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
5.3 配重與重浮心計算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
第六章結論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
參考文獻. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

[1] 林原禾，應用深海拖曳式即時攝影系統於海床表徵調查，國立中山大學海下
科技研究所碩士論文，2014 年。
[2] Wang, C. C., Chen, H. H., Chen, S. C., Wang, Y. ”An Introduction to the
National Energy Program-Gas Hydrate Exploration in Taiwan,” OCEANS 2015
MTS/IEEE Conference. May 18-21, 2015, Genova, Italy, pp.1-6, 2015.
[3] 鐘三雄、林曉武、林裕程、王詠絢、陳松春、楊燦堯、劉家瑄、陳柏淳、費
立沅，台灣西南海域深海數位照相探測初步成果，臺灣地球科學聯合學術研
討會，ER-P-02，2007 年。
[4] 穆凌吉、陳慶盈、劉家宣、余昭明、楊雅兆、張家溥、陳柏棋、劉詔勇、邱
意明、陳姿婷、Charles Paull、整合多水下載具於西南海域之水下地形量測
與觀察，第35 屆海洋工程研討會論文集，(2013)。
[5] Poissonnet, C. ”Deep water MiniROVs and delivery systems,” OCEANS2013
MTS/IEEE Conference. Sept 23-27, San Diego, CA, USA, pp. 1-7, 2013.
[6] Vedachalam, N, Ramesh, R and Ramesh, S. ”Challenges in realizing robust
systems for deep water submersible ROSUB6000,” 2013 IEEE International
Underwater Technology Symposium (UT). March 5-8, Tokyo, Japan, pp. 1-10,
2013.
[7] Chen, H. H., Wang, C. C., Sung, Y. L., Hsueh, P. C., Lin, Y. H., Lin, J. M.,
Chen, C. H.“Seafloor survey off southwest Taiwan with a deep-towed vehicle,”
ICENS-Summer, July 12-14, 2016, Kyoto, Japan, pp. 93-94, 2016.
[8] 方銘川、陳政宏，複合模式無人水下載具之運動操控模擬與設計研究研究成
果報告，行政院國家科學委員會專題研究計畫，2012 年。
[9] 王兆璋、陳信宏、李忠潘、黃銘、胡博凱、莊文寧、林碧華，無人載具
(ROV) 應用於水下監造查驗關鍵技術研發，台灣世曦工程顧問股份有限公司
101 年度研發計畫成果摘要報告，2012 年。
[10] 沈明學、胡震、劉正元，一種新行潛水器HROV 及其關鍵技術綜述，海洋工
程第03 期，2006 年。
[11] Salgado-Jimenez, T, Gonzalez-Lopez, J.L, and Martinez-Soto, L.F ”Deep water
ROV design for the Mexican oil industry,” OCEANS 2010 MTS/IEEE Conference.
May 24-27, Sydney, Australia, pp. 1-6, 2010.
[12] Coleman, D.F, Newman, J.B and Ballard, R.D ”Design and implementation
of advanced underwater imaging systems for deep sea marine archaeological
surveys,” OCEANS 2000 MTS/IEEE Conference. Sept 11-14, Providence, RI,
USA, Vol. 1, pp. 661-665, 2000.
[13] 王兆璋、陳信宏、郭振華、陳琪芳、曾彥碩、邱永盛，甲烷水合物海域探測
與採樣工程技術之研發(I)，科技部補助專題研究計畫成果報告期末報告，
2014 年。
[14] Robert D. Christ, Robert L. Wernli ”The ROV Manual” ELSEVIER, Second
Edition, 2007.
[15] 王兆璋、陳信宏、李忠潘、黃銘、胡博凱、莊文寧、林碧華，無人載具
(ROV) 應用於水下監造查驗關鍵技術研發，台灣世曦工程顧問股份有限公司
101 年度研發計畫成果摘要報告，2012 年。
[16] 莊文寧，應用影像直線偵測於ROV 水下查驗，國立中山大學海下科技暨應
用海洋物理研究所碩士論文，2013 年。
[17] DeepSea PowerLight, Under Pressure Design Software, http://
www.deepsea.com/ knowledgebase/ design-tools/ under-pressure-designsoftware/