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              我國水下自主智能機器人已經實現部分水下檢修作業

              發布日期:2022-02-19發布人:青島澎湃海洋探索技術有限公司點擊量:2090

              ?7月,在黃海岸邊,水面波濤洶涌,一排排100米高的白色風扇在風中搖曳。水下暗流洶涌,巨大的風扇樁直接插入海底。一個黃色的方形機器人正在吸附在風扇樁上,完成另一次水下檢查。

              7月,在黃海岸邊,水面波濤洶涌,一排排100米高的白色風扇在風中搖曳。水下暗流洶涌,巨大的風扇樁直接插入海底。一個黃色的方形機器人正在吸附在風扇樁上,完成另一次水下檢查。

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              7月初,記者從南通大學獲悉,集目標識別、表面清潔、無損探傷、濕焊接為一體的智能水下維修機器人在電氣工程學院成功研發,為海洋工程企業未來的維修工作提供了新的方向。

              沒人關心月薪20萬的工作。

              在茫茫大海中,每天都有許多船只穿梭。在水面以上,這些船只乘風破浪,威風凜凜;在水面以下,各種隱患潛伏在黑暗中:船體焊接裂縫和海水侵蝕損壞……這些小問題往往意味著無盡的麻煩。

              如果出現這些問題怎么辦?最直接的方法是把船拉進碼頭進行維修。然而,這種方法顯然不適用于船舶在航行過程中遇到的急需修復的問題。因此,人們想在水下修理船只。1802年,一位名叫漢弗萊的學者發現電弧可以在水下連續燃燒,這為水下焊接創造了可能性。

              經過多年的發展,水下焊接形成了三種主要方法:干法、濕法和局部干法。其中,濕焊接是三種應用最廣泛的技術,但其缺點是水具有導電性和安全性差。

              目前,水下焊接的實現仍然依賴于現階段的人力。焊接工作本身就是一項艱苦的工作,更不用說在水下焊接了,其難度是不言而喻的。工人們通常需要經過專業的潛水培訓。下水前,焊條焊機、潛水頭盔、潛水服、鉛帶、空氣壓縮機、氧氣瓶、對講機等都應配備齊全。在水下,他們不僅要面臨高水壓和溫度的挑戰,如果水質很臟,而且會變得盲目。

              2019年12月,作為南通大學的一名學生,燕春凱跟隨導師了解了南通開沙島船舶海洋工程企業水下人工焊接的不便。行業內很少有專業人員可以進行水下維護。根據中國船級協會今年發布的數據,中國不超過150人持有無損探傷水下焊接證書,導致船舶維修行業人力資源差距巨大。即使月薪20萬,也很少有人能做到,也很愿意做到。燕春凱嘆了口氣。

              面對行業的嚴峻現實和企業的需求,燕春凱在教師的指導下組建了學生科研團隊,提出了解決方案,設計和開發了一種機器人,可以取代人類的水維護。

              許多創新幫助水下自主維修

              帶著這個想法,團隊成員首先對市場上的水下維修機器人進行了調查。他們發現,能夠將檢測和焊接技術融入中國的水下維修設備是該行業的一個重要研究方向難度大,市場前景廣闊。

              自2020年2月起,團隊一頭扎進水下自主維修機器人的研發。

              機器人水下作業的第一步是識別目標。根據圖片原理和先驗機制,系統將海底線和目標結構部件依次劃分,實現粗定位。

                “我們曾經去江蘇海上龍源風力發電有限公司(以下簡稱龍源)進行實地考察,發現海底的水比較渾濁,直接影響到水下能見度?!毖源緪鹫f。為了解決這個問題,團隊在原有的視覺識別基礎上,運用聲吶增強聲信號,并且在機器上添加輔助光源和偏振片,在后期圖像上也做了增強處理。

              由于長期浸泡,海洋生物附著在風電樁基礎和船舶底板表面,目標識別后需要用高壓水射流清洗表面,然后進行無損檢測。起初,該團隊試圖使用單一的超聲波技術進行檢測,但效果并不好。后來,他們將超聲波與視覺探測相結合,有效地提高了探測精度。

              維修后,需要焊接。在實際操作中,水下能見度很低,所以水下焊接往往非常依賴經驗。工人一只手拿著焊條和焊機,獨立控制焊接的角度和強度。如果他們不小心,手套就會被燙傷。

              在智能水下維修機器人的研發過程中,團隊利用結構光來增強焊縫特性,使攝像頭能夠快速找到缺陷,并在離線焊縫跟蹤后進行焊接操作。

              由于操作相對繁瑣,我們花了將近一年的時間進行濕焊接。燕春凱說。通過不斷的試錯演繹,團隊終于克服了水下焊接修復的困難,實現了水深小于5米的穩定焊接作業。

              有望在更多的場景中應用

              在今年5月的挑戰杯全國大學生系列科技學術競賽中,智能水下維修機器人在706個項目中脫穎而出,獲得江蘇省特別獎,入圍全國比賽。由于一代設備運行穩定性差,團隊成員聽從專家的建議,改進升級了一代設備,主要為海上風電樁基礎的維護設計吸附固定裝置。

              當機器人在水下工作時,水流有很大的影響。起初,我們設計了兩個臂,通過磁吸附將機器人固定在風電樁上。通過實驗,發現穩定性有待提高。因此,在機器人下方增加了一個臂,并將三個臂設計為前后伸縮。三角形結構使機器人更加穩定。南通大學教師楊輝說。

              與第一代機器人相比,改進后的第二代機器人有了很大的改進走出實驗室,在實際的維護工作中,它能給海工企業帶來驚喜嗎?

              楊輝告訴記者,智能水下維修機器人研發成功后,他們立即與企業合作,測試機器人的性能。

              在龍源調查中,楊輝了解到公司維修人員沒有水下維修資質,無法定期維修水下部分,只能被動等待風電樁問題,關閉風電機組進行維修。與龍源合作后,團隊的智能水下維修機器人幫助龍源進行海上風電樁基礎的水下檢查,發現了許多輕度腐蝕。

              今年上半年,團隊與大連中遠航運海事工程技術有限公司南通分公司合作,對1萬噸船舶進行維修,大大提高了維修效率,在船舶側板的維修中發揮了重要作用。

              海洋工程產業涉及石油、天然氣、風電等領域,對人類社會經濟生活的影響越來越廣泛和深入。成功地將人工智能應用于船舶工業,可以有效地促進海洋工程設備工業的高質量發展。目前,設備服務對象主要針對船體和海上風電樁,預計未來將擴展到核電站塔等場景。楊輝說。


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