夏日的黃海之濱，水面波濤萬頃，一排排百米高的白色風(fēng)機(jī)迎風(fēng)高聳。水下暗流涌動，碩大的風(fēng)機(jī)樁嵌入海底，一個(gè)黃色的方形機(jī)器人正吸附在風(fēng)機(jī)樁上，完成它的又一次水下巡檢作業(yè)。

 

　　水下環(huán)境惡劣危險(xiǎn)，人的潛水深度有限，近年來水下機(jī)器人已成為開發(fā)海洋的重要工具。這款集目標(biāo)識別、表面清理、無損探傷和濕法焊接多功能于一體的智能水下檢修機(jī)器人，由南通大學(xué)電氣工程學(xué)院研發(fā)成功，為海工企業(yè)未來的檢修工作提供了新的方向。

 

　　“水下焊接的實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)階段還是依靠人力。”項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、南通大學(xué)電氣工程學(xué)院學(xué)生言淳愷說，焊接本身就是一個(gè)辛苦的工作，更何況是在水下進(jìn)行焊接，其難度不言而喻。工人們往往需要經(jīng)過專業(yè)的潛水培訓(xùn)，下水前，焊條焊機(jī)、潛水頭盔、潛水服、鉛塊腰帶、空壓機(jī)、氧氣瓶、對講機(jī)等全部都要配備齊全。在水下，他們不僅要面臨高水壓和溫度的挑戰(zhàn)，如果水質(zhì)污濁，還會成為“睜眼瞎”。

 

　　智能機(jī)器人進(jìn)行水下作業(yè)的首要步驟是進(jìn)行目標(biāo)識別。系統(tǒng)會根據(jù)圖片原理，基于先驗(yàn)機(jī)制，依次劃分海底線和目標(biāo)結(jié)構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)粗定位。“我們曾經(jīng)去江蘇一家企業(yè)進(jìn)行實(shí)地考察，發(fā)現(xiàn)海底的水比較渾濁，直接影響到水下能見度。”言淳愷說。為了解決這個(gè)問題，團(tuán)隊(duì)在原有的視覺識別基礎(chǔ)上，運(yùn)用聲吶增強(qiáng)聲信號，并且在機(jī)器上添加輔助光源和偏振片，在后期圖像上也做了增強(qiáng)處理。

 

　　由于長時(shí)間的浸泡，風(fēng)電樁基礎(chǔ)和船只底板的表面會有海洋生物附著，因此目標(biāo)識別結(jié)束后需要用高壓水射流清理表面后再進(jìn)行無損探傷。一開始，團(tuán)隊(duì)嘗試用單一的超聲波技術(shù)進(jìn)行探傷，但效果不佳。后來，他們將超聲波和視覺探視相結(jié)合，有效提高了探傷精度。在智能水下檢修機(jī)器人的研發(fā)過程中，團(tuán)隊(duì)利用結(jié)構(gòu)光來增強(qiáng)焊縫特征，以便攝像頭快速找到缺陷處，離線焊縫跟蹤后進(jìn)行焊接作業(yè)。“因?yàn)椴僮飨鄬Ψ爆?，我們在濕法焊接方面耗費(fèi)了將近一年的時(shí)間。”言淳愷說，通過不斷試錯(cuò)推演，團(tuán)隊(duì)終于克服了水下焊接修復(fù)的難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了水深小于5米的穩(wěn)定焊接作業(yè)。

 

　　“一代機(jī)器人水下作業(yè)時(shí)，水流影響較大，最初，我們設(shè)計(jì)了2個(gè)臂，通過磁吸附的方式將機(jī)器人固定于風(fēng)電樁。通過實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定性還有待提高。于是在機(jī)器人下方位置增加了1個(gè)臂，并將3個(gè)臂設(shè)計(jì)為可前后伸縮，三角形的構(gòu)造讓機(jī)器人更穩(wěn)定。”指導(dǎo)老師、南通大學(xué)教師楊慧說，改進(jìn)后的第二代機(jī)器人，相較于第一代有了不少改進(jìn)，今年上半年，團(tuán)隊(duì)與大連中遠(yuǎn)海運(yùn)海事工程技術(shù)有限公司南通分公司合作，對萬噸級船舶進(jìn)行檢修，大大提高了檢修作業(yè)效率，在船側(cè)板的檢修中發(fā)揮了重要作用。

 

　　“智能機(jī)器人在海洋領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。特別是海水養(yǎng)殖領(lǐng)域。”江蘇海洋大學(xué)海洋技術(shù)與測繪學(xué)院教授周立說，水下智能機(jī)器人所搭載的光學(xué)攝像設(shè)備可通過光學(xué)圖像處理技術(shù)，進(jìn)行海洋生物的識別與物種自動分類。聲吶設(shè)備可實(shí)現(xiàn)漁網(wǎng)、纜繩和棧橋等漁業(yè)設(shè)備的受損檢測。聲學(xué)定位設(shè)備，能夠反映出其地理位置信息，用于后期的數(shù)據(jù)融合。此外，機(jī)械臂等設(shè)備可以清理海洋垃圾，以減少海洋生物所受的危害。“可見，在海底信息獲取、海水養(yǎng)殖輔助和海洋環(huán)境保護(hù)方面，智能機(jī)器人起著重要的作用。”

 

　　水下智能機(jī)器人在未來的大量應(yīng)用，將逐漸形成水面水下立體化自動化動態(tài)數(shù)據(jù)采集體系。“無人化技術(shù)的潮流給海洋測繪帶來了新的發(fā)展機(jī)遇。借助云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和地理空間信息技術(shù)等，可以完成海洋空間大數(shù)據(jù)采集、處理、管理、分析、表達(dá)、傳播和應(yīng)用等一系列工作，這是一種前所未有的無人化海洋測繪新體系。”周立說。

 

　　“海洋工程產(chǎn)業(yè)已涉及油氣、風(fēng)電等多個(gè)領(lǐng)域，對人類社會經(jīng)濟(jì)生活的影響日益廣泛和深入，將智能機(jī)器人成功運(yùn)用于船舶行業(yè)能夠有力推動海工裝備產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。目前設(shè)備服務(wù)對象主要針對船體和海上風(fēng)電樁，未來有望延伸至核電站塔架等多種場景中。”楊慧說。