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我国水下自主智能机器人已经实现部分水下检修作业

发布日期:2022-02-19发布人:青岛澎湃海洋探索技术有限公司点击量:2350

​7月,在黄海岸边,水面波涛汹涌,一排排100米高的白色风扇在风中摇曳。水下暗流汹涌,巨大的风扇桩直接插入海底。一个黄色的方形机器人正在吸附在风扇桩上,完成另一次水下检查。

7月,在黄海岸边,水面波涛汹涌,一排排100米高的白色风扇在风中摇曳。水下暗流汹涌,巨大的风扇桩直接插入海底。一个黄色的方形机器人正在吸附在风扇桩上,完成另一次水下检查。

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7月初,记者从南通大学获悉,集目标识别、表面清洁、无损探伤、湿焊接为一体的智能水下维修机器人在电气工程学院成功研发,为海洋工程企业未来的维修工作提供了新的方向。

没人关心月薪20万的工作。

在茫茫大海中,每天都有许多船只穿梭。在水面以上,这些船只乘风破浪,威风凛凛;在水面以下,各种隐患潜伏在黑暗中:船体焊接裂缝和海水侵蚀损坏……这些小问题往往意味着无尽的麻烦。

如果出现这些问题怎么办?最直接的方法是把船拉进码头进行维修。然而,这种方法显然不适用于船舶在航行过程中遇到的急需修复的问题。因此,人们想在水下修理船只。1802年,一位名叫汉弗莱的学者发现电弧可以在水下连续燃烧,这为水下焊接创造了可能性。

经过多年的发展,水下焊接形成了三种主要方法:干法、湿法和局部干法。其中,湿焊接是三种应用最广泛的技术,但其缺点是水具有导电性和安全性差。

目前,水下焊接的实现仍然依赖于现阶段的人力。焊接工作本身就是一项艰苦的工作,更不用说在水下焊接了,其难度是不言而喻的。工人们通常需要经过专业的潜水培训。下水前,焊条焊机、潜水头盔、潜水服、铅带、空气压缩机、氧气瓶、对讲机等都应配备齐全。在水下,他们不仅要面临高水压和温度的挑战,如果水质很脏,而且会变得盲目。

2019年12月,作为南通大学的一名学生,燕春凯跟随导师了解了南通开沙岛船舶海洋工程企业水下人工焊接的不便。行业内很少有专业人员可以进行水下维护。根据中国船级协会今年发布的数据,中国不超过150人持有无损探伤水下焊接证书,导致船舶维修行业人力资源差距巨大。即使月薪20万,也很少有人能做到,也很愿意做到。燕春凯叹了口气。

面对行业的严峻现实和企业的需求,燕春凯在教师的指导下组建了学生科研团队,提出了解决方案,设计和开发了一种机器人,可以取代人类的水维护。

许多创新帮助水下自主维修

带着这个想法,团队成员首先对市场上的水下维修机器人进行了调查。他们发现,能够将检测和焊接技术融入中国的水下维修设备是该行业的一个重要研究方向难度大,市场前景广阔。

自2020年2月起,团队一头扎进水下自主维修机器人的研发。

机器人水下作业的第一步是识别目标。根据图片原理和先验机制,系统将海底线和目标结构部件依次划分,实现粗定位。

  “我们曾经去江苏海上龙源风力发电有限公司(以下简称龙源)进行实地考察,发现海底的水比较浑浊,直接影响到水下能见度。”言淳恺说。为了解决这个问题,团队在原有的视觉识别基础上,运用声呐增强声信号,并且在机器上添加辅助光源和偏振片,在后期图像上也做了增强处理。

由于长期浸泡,海洋生物附着在风电桩基础和船舶底板表面,目标识别后需要用高压水射流清洗表面,然后进行无损检测。起初,该团队试图使用单一的超声波技术进行检测,但效果并不好。后来,他们将超声波与视觉探测相结合,有效地提高了探测精度。

维修后,需要焊接。在实际操作中,水下能见度很低,所以水下焊接往往非常依赖经验。工人一只手拿着焊条和焊机,独立控制焊接的角度和强度。如果他们不小心,手套就会被烫伤。

在智能水下维修机器人的研发过程中,团队利用结构光来增强焊缝特性,使摄像头能够快速找到缺陷,并在离线焊缝跟踪后进行焊接操作。

由于操作相对繁琐,我们花了将近一年的时间进行湿焊接。燕春凯说。通过不断的试错演绎,团队终于克服了水下焊接修复的困难,实现了水深小于5米的稳定焊接作业。

有望在更多的场景中应用

在今年5月的挑战杯全国大学生系列科技学术竞赛中,智能水下维修机器人在706个项目中脱颖而出,获得江苏省特别奖,入围全国比赛。由于一代设备运行稳定性差,团队成员听从专家的建议,改进升级了一代设备,主要为海上风电桩基础的维护设计吸附固定装置。

当机器人在水下工作时,水流有很大的影响。起初,我们设计了两个臂,通过磁吸附将机器人固定在风电桩上。通过实验,发现稳定性有待提高。因此,在机器人下方增加了一个臂,并将三个臂设计为前后伸缩。三角形结构使机器人更加稳定。南通大学教师杨辉说。

与第一代机器人相比,改进后的第二代机器人有了很大的改进走出实验室,在实际的维护工作中,它能给海工企业带来惊喜吗?

杨辉告诉记者,智能水下维修机器人研发成功后,他们立即与企业合作,测试机器人的性能。

在龙源调查中,杨辉了解到公司维修人员没有水下维修资质,无法定期维修水下部分,只能被动等待风电桩问题,关闭风电机组进行维修。与龙源合作后,团队的智能水下维修机器人帮助龙源进行海上风电桩基础的水下检查,发现了许多轻度腐蚀。

今年上半年,团队与大连中远航运海事工程技术有限公司南通分公司合作,对1万吨船舶进行维修,大大提高了维修效率,在船舶侧板的维修中发挥了重要作用。

海洋工程产业涉及石油、天然气、风电等领域,对人类社会经济生活的影响越来越广泛和深入。成功地将人工智能应用于船舶工业,可以有效地促进海洋工程设备工业的高质量发展。目前,设备服务对象主要针对船体和海上风电桩,预计未来将扩展到核电站塔等场景。杨辉说。