近日，哈爾濱工程大學研發(fā)了國內(nèi)首套海洋結(jié)構(gòu)物水下無損檢測機器人，并通過了國家科技部組織的驗收，實現(xiàn)了國內(nèi)水下無損檢測的工程化示范應(yīng)用。記者從哈爾濱工程大學獲悉，該水下檢測機器人可在水下500米完成各類海洋結(jié)構(gòu)物的無損檢測，填補了國內(nèi)在該領(lǐng)域的空白。
國內(nèi)首套海洋結(jié)構(gòu)物水下無損檢測機器人。哈爾濱工程大學供圖
機器人可在水深500米內(nèi)的海洋結(jié)構(gòu)物上穩(wěn)定精準操作
海洋鉆井船、海洋鉆井、采油平臺、海上風電塔樁等海洋裝備大都采用鋼結(jié)構(gòu)桁架式結(jié)構(gòu)，鋼管對接、相貫線焊縫質(zhì)量直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)安全。而受到風浪水流沖擊和長年累月海水侵蝕等因素作用，結(jié)構(gòu)物會形成裂紋，為了避免構(gòu)件斷裂，影響海洋裝備的運營安全，就需要進行周期性的焊縫檢測，提前發(fā)現(xiàn)潛在安全隱患。
據(jù)不完全統(tǒng)計，我國海上風電塔有4300個，但能完成60米以下的專業(yè)水下結(jié)構(gòu)物檢測人員卻不到200人。作業(yè)水域較深時，人工下水檢測過于危險且成本過高，許多因素取決于探傷人員的經(jīng)驗和技術(shù)。國外已經(jīng)研制了一系列的水下檢測機器人，然而國內(nèi)在該領(lǐng)域仍處于起步階段。
面對這一痛點，哈爾濱工程大學船舶工程學院副教授王剛帶領(lǐng)學生們在5年前開展水下檢測機器人的研發(fā)任務(wù)。水下作業(yè)不同于陸地，不僅面臨水深的影響，而且存在擾流復雜，如何保證檢測過程中機器人和探頭的穩(wěn)定，是極具挑戰(zhàn)性的難題。
機器人下水操控檢測。哈爾濱工程大學供圖
王剛稱，該校船舶學院一直致力于培養(yǎng)行業(yè)創(chuàng)新型新工科人才，注重學生的實踐能力，很多大二的學生研發(fā)的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)運用于水下檢測機器人。
“目前，市場上運用的檢測工具需要兩位檢測人員分別在水上和水下密切配合，而我們的技術(shù)給機器人增加了輔助定位系統(tǒng)，降低了檢測人員的操作復雜度，從而使其能夠更專注于檢測數(shù)據(jù)的判斷，提高作業(yè)效率，整個操作過程岸上一人就可以完成。”來自研發(fā)團隊的陳思文表示。
據(jù)介紹，水下焊縫輔助定位系統(tǒng)已經(jīng)獲得國家軟件著作權(quán)，該技術(shù)也讓研發(fā)團隊的陳思文與其同學贏得了“挑戰(zhàn)杯”黑龍江省大學生創(chuàng)業(yè)計劃競賽金獎。
機器人檢測信號圖像。哈爾濱工程大學供圖
機器人可自主跟蹤焊縫，簡化檢測人員操作
據(jù)了解，團隊通過多年攻關(guān)，還相繼突破了水下擾流環(huán)境下可靠吸附、海洋結(jié)構(gòu)物構(gòu)型差異大、TKY型節(jié)點焊縫不易檢測等難題。
檢測作業(yè)過程中水流擾動是無法回避的問題，在這種環(huán)境中如何保證機器人的穩(wěn)定吸附與靈活運動是一大挑戰(zhàn)。對此，研究團隊設(shè)計了一套非接觸式吸附系統(tǒng)，通過流速計感知檢測機器人的流場情況，進而實時調(diào)整吸附力大小，找到檢測過程中吸附牢靠與靈活運動之間的平衡點。
此外，海洋結(jié)構(gòu)物管徑最小是0.5米，而最大的可達8米左右，面對管徑差距如此懸殊的海洋結(jié)構(gòu)物鋼樁，如何兼容各種形式的海洋結(jié)構(gòu)物的管徑也是一大難題。團隊成員巧妙地將機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計成可重構(gòu)的三段鉸接形狀，通過改變鉸接處的角度即可調(diào)整內(nèi)切圓直徑，滿足了機器人兼容不同管徑的檢測任務(wù)。
機器人進行小管徑檢測。哈爾濱工程大學供圖
為了把岸上檢測人員從復雜的空間相貫焊縫操作中解放出來，團隊研究開發(fā)了人在環(huán)中的半自主檢測技術(shù)，機器人可以自主跟蹤焊縫，在檢測到疑似缺陷時，操作人員可以專注操作探頭角度，其他的運動操作則由機器人自動解算完成，極大降低了檢測人員的操作難度。
去年，團隊攜帶機器人先后在渤海錦州25-1油氣田和中廣核如東海上風電場進行了實際檢測，機器人表現(xiàn)出色，完成了國內(nèi)的首次風電塔樁水下機器人無損檢測示范應(yīng)用。海洋結(jié)構(gòu)物水下機器人檢測，不但避免了人工潛水檢測的安全風險，還能提高檢測效率，降低運維成本，有利于海洋各類資源的高效開發(fā)，為我國海洋能源安全提供了強有力的保障。
據(jù)悉，該團隊還將繼續(xù)改善水下檢測機器人環(huán)境感知和智能決策能力，為水下機器人全自主作業(yè)技術(shù)貢獻力量。
