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據(jù)不完全統(tǒng)計，我國海上風電塔有4300個，但可以潛入水下60米的專業(yè)檢測人員卻不到200人，作業(yè)過程不僅需要專用潛水設(shè)備和支持母船，而且還要看海況和天氣，存在作業(yè)窗口期短、風險大、成本高的弊端。

為了解決這一問題，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，并于日前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用。該水下檢測機器人可用于水下500米，完成各類海洋結(jié)構(gòu)物的水下無損檢測，填補了該領(lǐng)域的國產(chǎn)空白。

致力水下機器人檢測

為海洋結(jié)構(gòu)物保駕護航

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，而且成本過高，并且這種方法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年前開展了水下檢測機器人的研發(fā)。

培養(yǎng)新工科人才

他們平均年齡不到23歲

水下作業(yè)不同于陸地，不僅面臨水深的影響，而且存在擾流復雜問題，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)性難題。而很難想象，這些難題都被這個平均年齡不到23歲的團隊一一攻克了。

“我們船舶學院一直致力于培養(yǎng)行業(yè)創(chuàng)新型新工科人才，特別注重學生的實踐能力，學生在大一時就可以進入我們團隊，在老師和學長的幫助下，去探索入門，很多大二的學生研發(fā)的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)運用到水下檢測機器人上?！敝笇Ы處熗鮿傉f。

陳思文、李圓月、袁駟駒幾位同學都來自于新工科專業(yè)——海洋機器人專業(yè)，“我從小就喜歡機器人，所以就報考了這個專業(yè)，進入團隊之后，發(fā)現(xiàn)要學的太多了。”陳思文和同學們一邊把專業(yè)知識運用到實踐當中，一邊在實踐中發(fā)現(xiàn)問題，自學了機器人技術(shù)中的設(shè)計、控制、感知等內(nèi)容?！拔覀冇昧艘荒甑臅r間，不僅自學了很多專業(yè)知識，還讓機器人也學會了自主學習?！标愃嘉恼f。

“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，能夠更專注于檢測數(shù)據(jù)的判斷，提高作業(yè)效率，整個操作過程一人就可以完成?！?/span>

陳思文和同學們通過水下焊縫輔助定位系統(tǒng)的研發(fā)，通過打壓試驗，他們的技術(shù)可以讓機器人在海底500米穩(wěn)定精準操作，該技術(shù)已經(jīng)獲得了軟件著作權(quán)，也讓他們贏得了“挑戰(zhàn)杯”黑龍江省大學生創(chuàng)業(yè)計劃競賽金獎。

核心技術(shù)取得突破

成果通過實戰(zhàn)檢驗

團隊通過多年攻關(guān)，還相繼突破了擾流復雜吸附難、海洋結(jié)構(gòu)物管徑差異大、節(jié)點焊縫結(jié)構(gòu)復雜等難題。

在水下復雜擾流干擾的情況下，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)計了一套變磁力吸附系統(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，保證檢測過程中既能吸附牢靠又可靈活運動。

海洋結(jié)構(gòu)物管徑最小是0.5m，而最大的可達8m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，通過改變鉸接出兩段間的角度，滿足了機器人兼容不同管徑的檢測任務。

為了把檢測人員從復雜的操作中解放出來，團隊研究開發(fā)了人在環(huán)中的半自主檢測技術(shù)，機器人可以自己跟蹤焊縫，在檢測到疑似缺陷時操作人員可以專注于對檢測效果影響最大的運動軸，其他的運動軸則由機器人自動解算，極大地簡化了操作人員的操作。

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人員安全風險，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)，為我國的能源安全提供強有力的保障。

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，實現(xiàn)在復雜環(huán)境中對復雜焊縫的精確跟蹤，為我國水下機器人自主環(huán)境感知與作業(yè)技術(shù)研究應用奠定基礎(chǔ)。而年輕的同學們經(jīng)過實際的工程測試，更加堅定自己的目標。指導教師王剛說：“讓我們的技術(shù)落地轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)大規(guī)模應用是這代人的使命，也希望更多人能加入到海洋機器人的設(shè)計研發(fā)中?！?/span>