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

7月初，記者從南通大學(xué)獲悉，集目標(biāo)識(shí)別、表面清潔、無(wú)損探傷、濕焊接為一體的智能水下維修機(jī)器人在電氣工程學(xué)院成功研發(fā)，為海洋工程企業(yè)未來(lái)的維修工作提供了新的方向。

沒(méi)人關(guān)心月薪20萬(wàn)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(fēng)破浪，威風(fēng)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(wèn)題往往意味著無(wú)盡的麻煩。

如果出現(xiàn)這些問(wèn)題怎么辦？最直接的方法是把船拉進(jìn)碼頭進(jìn)行維修。然而，這種方法顯然不適用于船舶在航行過(guò)程中遇到的急需修復(fù)的問(wèn)題。因此，人們想在水下修理船只。1802年，一位名叫漢弗萊的學(xué)者發(fā)現(xiàn)電弧可以在水下連續(xù)燃燒，這為水下焊接創(chuàng)造了可能性。

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)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(yīng)用最廣泛的技術(shù)，但其缺點(diǎn)是水具有導(dǎo)電性和安全性差。

目前，水下焊接的實(shí)現(xiàn)仍然依賴(lài)于現(xiàn)階段的人力。焊接工作本身就是一項(xiàng)艱苦的工作，更不用說(shuō)在水下焊接了，其難度是不言而喻的。工人們通常需要經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)的潛水培訓(xùn)。下水前，焊條焊機(jī)、潛水頭盔、潛水服、鉛帶、空氣壓縮機(jī)、氧氣瓶、對(duì)講機(jī)等都應(yīng)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)很臟，而且會(huì)變得盲目。

2019年12月，作為南通大學(xué)的一名學(xué)生，燕春凱跟隨導(dǎo)師了解了南通開(kāi)沙島船舶海洋工程企業(yè)水下人工焊接的不便。行業(yè)內(nèi)很少有專(zhuān)業(yè)人員可以進(jìn)行水下維護(hù)。根據(jù)中國(guó)船級(jí)協(xié)會(huì)今年發(fā)布的數(shù)據(jù)，中國(guó)不超過(guò)150人持有無(wú)損探傷水下焊接證書(shū)，導(dǎo)致船舶維修行業(yè)人力資源差距巨大。即使月薪20萬(wàn)，也很少有人能做到，也很愿意做到。燕春凱嘆了口氣。

面對(duì)行業(yè)的嚴(yán)峻現(xiàn)實(shí)和企業(yè)的需求，燕春凱在教師的指導(dǎo)下組建了學(xué)生科研團(tuán)隊(duì)，提出了解決方案，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了一種機(jī)器人，可以取代人類(lèi)的水維護(hù)。

許多創(chuàng)新幫助水下自主維修

帶著這個(gè)想法，團(tuán)隊(duì)成員首先對(duì)市場(chǎng)上的水下維修機(jī)器人進(jìn)行了調(diào)查。他們發(fā)現(xiàn)，能夠?qū)z測(cè)和焊接技術(shù)融入中國(guó)的水下維修設(shè)備是該行業(yè)的一個(gè)重要研究方向難度大，市場(chǎng)前景廣闊。

自2020年2月起，團(tuán)隊(duì)一頭扎進(jìn)水下自主維修機(jī)器人的研發(fā)。

機(jī)器人水下作業(yè)的第一步是識(shí)別目標(biāo)。根據(jù)圖片原理和先驗(yàn)機(jī)制，系統(tǒng)將海底線(xiàn)和目標(biāo)結(jié)構(gòu)部件依次劃分，實(shí)現(xiàn)粗定位。

　　“我們?cè)?jīng)去江蘇海上龍?jiān)达L(fēng)力發(fā)電有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)龍?jiān)矗┻M(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(jiàn)度。”言淳愷說(shuō)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)在原有的視覺(jué)識(shí)別基礎(chǔ)上，運(yùn)用聲吶增強(qiáng)聲信號(hào)，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(zhǎng)期浸泡，海洋生物附著在風(fēng)電樁基礎(chǔ)和船舶底板表面，目標(biāo)識(shí)別后需要用高壓水射流清洗表面，然后進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。起初，該團(tuán)隊(duì)試圖使用單一的超聲波技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，但效果并不好。后來(lái)，他們將超聲波與視覺(jué)探測(cè)相結(jié)合，有效地提高了探測(cè)精度。

維修后，需要焊接。在實(shí)際操作中，水下能見(jiàn)度很低，所以水下焊接往往非常依賴(lài)經(jīng)驗(yàn)。工人一只手拿著焊條和焊機(jī)，獨(dú)立控制焊接的角度和強(qiáng)度。如果他們不小心，手套就會(huì)被燙傷。

在智能水下維修機(jī)器人的研發(fā)過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)利用結(jié)構(gòu)光來(lái)增強(qiáng)焊縫特性，使攝像頭能夠快速找到缺陷，并在離線(xiàn)焊縫跟蹤后進(jìn)行焊接操作。

由于操作相對(duì)繁瑣，我們花了將近一年的時(shí)間進(jìn)行濕焊接。燕春凱說(shuō)。通過(guò)不斷的試錯(cuò)演繹，團(tuán)隊(duì)終于克服了水下焊接修復(fù)的困難，實(shí)現(xiàn)了水深小于5米的穩(wěn)定焊接作業(yè)。

有望在更多的場(chǎng)景中應(yīng)用

在今年5月的挑戰(zhàn)杯全國(guó)大學(xué)生系列科技學(xué)術(shù)競(jìng)賽中，智能水下維修機(jī)器人在706個(gè)項(xiàng)目中脫穎而出，獲得江蘇省特別獎(jiǎng)，入圍全國(guó)比賽。由于一代設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性差，團(tuán)隊(duì)成員聽(tīng)從專(zhuān)家的建議，改進(jìn)升級(jí)了一代設(shè)備，主要為海上風(fēng)電樁基礎(chǔ)的維護(hù)設(shè)計(jì)吸附固定裝置。

當(dāng)機(jī)器人在水下工作時(shí)，水流有很大的影響。起初，我們?cè)O(shè)計(jì)了兩個(gè)臂，通過(guò)磁吸附將機(jī)器人固定在風(fēng)電樁上。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定性有待提高。因此，在機(jī)器人下方增加了一個(gè)臂，并將三個(gè)臂設(shè)計(jì)為前后伸縮。三角形結(jié)構(gòu)使機(jī)器人更加穩(wěn)定。南通大學(xué)教師楊輝說(shuō)。

與第一代機(jī)器人相比，改進(jìn)后的第二代機(jī)器人有了很大的改進(jìn)走出實(shí)驗(yàn)室，在實(shí)際的維護(hù)工作中，它能給海工企業(yè)帶來(lái)驚喜嗎？

楊輝告訴記者，智能水下維修機(jī)器人研發(fā)成功后，他們立即與企業(yè)合作，測(cè)試機(jī)器人的性能。

在龍?jiān)凑{(diào)查中，楊輝了解到公司維修人員沒(méi)有水下維修資質(zhì)，無(wú)法定期維修水下部分，只能被動(dòng)等待風(fēng)電樁問(wèn)題，關(guān)閉風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行維修。與龍?jiān)春献骱螅瑘F(tuán)隊(duì)的智能水下維修機(jī)器人幫助龍?jiān)催M(jìn)行海上風(fēng)電樁基礎(chǔ)的水下檢查，發(fā)現(xiàn)了許多輕度腐蝕。

今年上半年，團(tuán)隊(duì)與大連中遠(yuǎn)航運(yùn)海事工程技術(shù)有限公司南通分公司合作，對(duì)1萬(wàn)噸船舶進(jìn)行維修，大大提高了維修效率，在船舶側(cè)板的維修中發(fā)揮了重要作用。

海洋工程產(chǎn)業(yè)涉及石油、天然氣、風(fēng)電等領(lǐng)域，對(duì)人類(lèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活的影響越來(lái)越廣泛和深入。成功地將人工智能應(yīng)用于船舶工業(yè)，可以有效地促進(jìn)海洋工程設(shè)備工業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。目前，設(shè)備服務(wù)對(duì)象主要針對(duì)船體和海上風(fēng)電樁，預(yù)計(jì)未來(lái)將擴(kuò)展到核電站塔等場(chǎng)景。楊輝說(shuō)。