哈工程大學攻克多重技術難題 實現水下500米無損檢測

香港文匯報訊（記者 吳千 哈爾濱報道）哈爾濱工程大學研發內地首套海洋結構物水下無損檢測機械人，並於日前通過了國家科技部驗收，實現了內地水下無損檢測的工程化示範應用。被稱為「深海醫師」的水下檢測機械人可用於水下500米，完成各類海洋結構物的水下無損檢測，填補了該領域的國產空白。

「據不完全統計，我國海上風電塔有4,300個，但可以潛入水下60米的專業檢測人員卻不到200人，作業過程不僅需要專用潛水設備和支持母船，而且還要看海況和天氣，存在作業窗口期短、風險大、成本高的特點。」為解決這一痛點、難點，哈爾濱工程大學船舶工程學院副教授王剛帶領學生們在5年前開展了水下檢測機械人的研發。

變磁力吸附系統 實時調整吸附力

2021年，該團隊攜帶機械人先後在渤海錦州25-1油氣田和中廣核如東海上風電場進行了實際檢測，機械人表現出色，完成了內地的首次風電塔樁水下機械人無損檢測示範應用。「海洋結構物水下機械人檢測，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，有利於海洋各類資源的高效開發，為我國的能源安全提供強有力的保障。」王剛說。

水下作業不同於陸地，不僅面臨水深的影響，而且存在擾流複雜，保證檢測過程中機械人和探頭的穩定是極具挑戰性難題。通過多年攻關，團隊相繼突破了擾流複雜吸附難、海洋結構物管徑差異大、節點焊縫結構複雜等難題。

王剛說，在水下複雜擾流干擾的情況下，保證機械人的穩定吸附與靈活運動是一大挑戰。對此，研究團隊設計了一套變磁力吸附系統，通過流速計感知檢測機械人的流場情況，進而實時調整吸附力大小，保證檢測過程中既能吸附牢靠又可靈活運動。

「海洋結構物管徑最小是0.5米，而最大的可達8米左右，為了兼容各種形式的海洋結構物的管徑，團隊成員巧妙地將機械人的結構設計成可重構的三段鉸接形狀，通過改變鉸接出兩段間的角度，滿足了機械人兼容不同管徑的檢測任務。」王剛說。

同時，團隊研究開發了人在環中的半自主檢測技術，使機械人可以跟蹤焊縫，在檢測到疑似缺陷時操作人員可以專注於對檢測效果影響最大的運動軸，其他的運動軸則由機械人自動解算，極大地簡化了操作人員的操作。

增輔助定位系統 一人即可完成操作

「我們船舶學院一直致力於培養行業創新型新工科人才，特別注重學生的實踐能力，學生在大一時就可以進入團隊，探索入門，很多大二學生研發的相關技術已經運用到水下檢測機械人上。」王剛說，該研發團隊的平均年齡不到23歲。

「我從小就喜歡機械人，所以就報考了哈工程船舶學院的海洋機械人專業，進入團隊之後，發現要學的太多了。」陳思文和同學們一邊把專業知識運用到實踐中，一邊發現問題，自學了機械人技術中的設計、控制、感知等內容。「我們用了一年的時間，不僅自學了很多專業知識，還讓機械人也學會了自主學習。」陳思文說。

「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，而我們的技術給機械人增加了輔助定位系統，降低了檢測人員的操作複雜度，能夠更專注於檢測數據的判斷，提高作業效率，整個操作過程一人就可以完成。」陳思文和同學們通過水下焊縫輔助定位系統的研發，通過打壓試驗，可以讓機械人在海底500米穩定精準操作，該技術已經獲得了軟件著作權，也讓他們贏得了「挑戰盃」黑龍江省大學生創業計劃競賽金獎。

「讓我們的技術落地轉化，實現大規模應用是這代人的使命，也希望更多人能加入到海洋機械人的設計研發中。」王剛說，團隊還將繼續改善水下檢測機械人環境感知和智能決策能力，實現在複雜環境中對複雜焊縫的精確跟蹤，為中國水下機械人自主環境感知與作業技術研究應用奠定基礎。