近日，我國(guó)自主研發(fā)的首臺(tái)商用水下智能清洗機(jī)器人“海若01”在山東港口青島港正式投入商用。

水下機(jī)器人作業(yè)可以選擇在港口集裝箱貨輪裝卸貨的同時(shí)清洗船體，為船東節(jié)省時(shí)間。潛水員只能在錨地清洗船體，基于安全因素，世界各國(guó)都不允許潛水員在港口作業(yè)。該款機(jī)器人首創(chuàng)運(yùn)用無(wú)接觸式高壓空化射流自動(dòng)清洗功能，成功實(shí)現(xiàn)垃圾自動(dòng)回收，綠色環(huán)保，避免海洋二次污染，代表著國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的船體及石油平臺(tái)清洗科技水平。

天空、陸地和海洋，是人類(lèi)探索與發(fā)展的三大主要方向。近年來(lái)，在機(jī)器人、無(wú)人機(jī)的助力之下，人們逐漸突破了天空與陸地的限制，并加速向下一個(gè)盲區(qū)海洋進(jìn)發(fā)。在此過(guò)程中，作為海洋探索的重要利器和智能裝備，水下機(jī)器人開(kāi)始受到越來(lái)越多的關(guān)注。

“海斗一號(hào)”

萬(wàn)米深潛靈動(dòng)矯健

下潛深度10907米、刷新中國(guó)潛水器最大下潛深度及作業(yè)深度紀(jì)錄、填補(bǔ)中國(guó)萬(wàn)米作業(yè)型無(wú)人潛水器的空白……今年4月，中國(guó)首臺(tái)作業(yè)型全海深自主遙控潛水器“海斗一號(hào)”，在馬里亞納海溝成功完成首次萬(wàn)米海試與試驗(yàn)性應(yīng)用任務(wù)，這標(biāo)志著中國(guó)無(wú)人潛水器技術(shù)跨入了一個(gè)可覆蓋全海深探測(cè)與作業(yè)的新時(shí)代。

身長(zhǎng)3.8米，鮮紅明黃的魚(yú)形外殼顏色靚麗，全海深電動(dòng)機(jī)械手、高清攝像機(jī)……由中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所主持研制的“海斗一號(hào)”靈動(dòng)矯健，游弋于藍(lán)天碧海間。

此次科考任務(wù)中，“海斗一號(hào)”在馬里亞納海溝實(shí)現(xiàn)了4次萬(wàn)米下潛，深度分別為10884米、10907米、10802米、10863米，在高精度深度探測(cè)、機(jī)械手作業(yè)、近海底工作時(shí)間、聲學(xué)探測(cè)與定位、聲學(xué)通信作用距離及高清視頻傳輸?shù)确矫妫瑒?chuàng)造了中國(guó)潛水器領(lǐng)域多項(xiàng)第一。

據(jù)介紹，“海斗一號(hào)”在國(guó)內(nèi)首次利用全海深高精度聲學(xué)定位技術(shù)和機(jī)載多傳感器信息融合方法，完成了對(duì)馬里亞納海溝“挑戰(zhàn)者深淵”最深區(qū)域的巡航探測(cè)與高精度深度測(cè)量，獲取了完整的全海深剖面與深淵海底的溫鹽深、深度剖面洋流變化等數(shù)據(jù)，為日后研究提供支持。

借助具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全海深機(jī)械手，“海斗一號(hào)”還多次開(kāi)展了深淵海底樣品抓取、沉積物取樣、標(biāo)志物布放、水樣采集等萬(wàn)米深淵坐底作業(yè)，并利用高清攝像系統(tǒng)獲取了不同作業(yè)點(diǎn)的影像資料，為探索深淵地質(zhì)環(huán)境特點(diǎn)和生物演化機(jī)制積累了寶貴素材。

自2016年7月項(xiàng)目啟動(dòng)，“海斗一號(hào)”歷經(jīng)兩年半，完成了關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)與測(cè)試驗(yàn)證。4月23日，科考人員搭乘“探索一號(hào)”科考船如期開(kāi)展海試。

伴隨著光纖微纜的徐徐吐出，“海斗一號(hào)”無(wú)動(dòng)力下潛至萬(wàn)米以下深度，自動(dòng)探測(cè)到距離海底80米后，自主拋下潛壓載，“海斗一號(hào)”以近乎零浮力的狀態(tài)懸浮在萬(wàn)米深淵近海底。這是5月9日“海斗一號(hào)”萬(wàn)米“首秀”中的一幕。

“從海面至萬(wàn)米深淵，密度、壓力、溫度等環(huán)境參數(shù)的變化會(huì)導(dǎo)致潛水器產(chǎn)生幾十公斤的浮力變化，在沒(méi)有先驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐的條件下，依靠項(xiàng)目組的浮力模型計(jì)算和配置，實(shí)現(xiàn)了‘海斗一號(hào)’萬(wàn)米近海底的中性浮力狀態(tài)，這簡(jiǎn)直是奇跡。”科考人員介紹。

5月14日，“海斗一號(hào)”再次下潛，在深度10907米近海底海區(qū)，開(kāi)展了機(jī)械手觸發(fā)采水、機(jī)械手布放標(biāo)志物、機(jī)械手沉積物取樣等操作，完成規(guī)劃的全部探測(cè)與作業(yè)內(nèi)容后，主動(dòng)拋載上浮，夜間安全回收。

在最后一次下潛任務(wù)中，“海斗一號(hào)”在“挑戰(zhàn)者深淵”10863米的北坡區(qū)域著底，高清攝像觀測(cè)到周邊類(lèi)似巖石狀的海底凸起，本航次萬(wàn)米海試和應(yīng)用完美收官。

智能絞吸機(jī)器人

破解水下盲區(qū)取土難題

黃色的機(jī)身、厚厚的履帶、尖銳的絞吸頭……8月19日上午，常泰長(zhǎng)江大橋6號(hào)主塔墩施工現(xiàn)場(chǎng)，一臺(tái)外形貌似微型“坦克”的智能履帶式絞吸機(jī)器人，被吊裝著慢慢進(jìn)入主塔墩沉井內(nèi)。

大型橋梁沉井作業(yè)的難點(diǎn)之一是“盲區(qū)”取土。由于水下地形復(fù)雜，沉井隔倉(cāng)形成的盲區(qū)又難以視探，以往的吸泥設(shè)備，存在取土不均勻，沉井安裝傾斜、突然下沉的風(fēng)險(xiǎn)。智能履帶式絞吸機(jī)器人設(shè)計(jì)方介紹，他們自主研發(fā)的這款目前國(guó)內(nèi)首個(gè)大型沉井水下取土的機(jī)器人，可以在水下行走，并能通過(guò)智能感應(yīng)系統(tǒng)給沉井下沉的河床區(qū)域做“B超”，探明工作環(huán)境，將施工效率提升4—6倍，同時(shí)減少人力。

在建的常泰長(zhǎng)江大橋是長(zhǎng)江上首座集高速公路、城際鐵路、一級(jí)公路“三位一體”的過(guò)江通道，于2019年1月9日開(kāi)建。其中主航道橋?yàn)橹骺?176米的斜拉橋，超過(guò)今年7月1日剛剛開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的世界上首座跨度超千米的公鐵兩用斜拉橋——滬蘇通大橋。

由中鐵大橋局施工的6號(hào)墩沉井，是國(guó)內(nèi)目前平面尺寸最大的水中沉井，相當(dāng)于13個(gè)籃球場(chǎng)的面積、1.2萬(wàn)輛家用小汽車(chē)的重量。

“目前，大型橋梁沉井施工最大的挑戰(zhàn)就是盲區(qū)取土困難。”中鐵大橋局常泰長(zhǎng)江大橋項(xiàng)目經(jīng)理湯忠國(guó)說(shuō)，在6號(hào)墩沉井內(nèi)，眾多鋼梁組合成一張蜘蛛網(wǎng)狀的隔倉(cāng)，將沉井分隔成一個(gè)個(gè)空洞洞的井孔，這張“蜘蛛網(wǎng)”下的河床區(qū)域就是沉井施工的“盲區(qū)”。

“沉井下沉?xí)r，隔倉(cāng)的倉(cāng)底會(huì)遭遇泥土的阻力，下沉越深，阻力越大。而此次沉井的最大入土深度達(dá)48米，其中黏土層總厚度達(dá)21米，相對(duì)堅(jiān)硬，這意味著阻力更大。以往的吸泥設(shè)備，有吸泥不均勻、取土量難以控制的問(wèn)題，這可能存在沉井局部?jī)A斜或者突然下沉的風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)對(duì)沉井結(jié)構(gòu)、沉井內(nèi)的設(shè)備和施工人員造成威脅。”湯忠國(guó)介紹。

6號(hào)墩沉井的盲區(qū)占沉井平面總面積的45%，如何在這么大的水域看清沉井的取土情況，讓沉井安全著床?一年半前，湯忠國(guó)團(tuán)隊(duì)開(kāi)始設(shè)計(jì)智能履帶式絞吸機(jī)器人。

在施工現(xiàn)場(chǎng)，湯忠國(guó)介紹，他們?yōu)闄C(jī)器人設(shè)計(jì)了水下走行系統(tǒng)、水下智能感應(yīng)系統(tǒng)、水下液壓電氣系統(tǒng)、自動(dòng)絞吸排渣系統(tǒng)和岸上的操作控制系統(tǒng)，相當(dāng)于一邊給沉井的水下作業(yè)環(huán)境做“B超”，一邊施工。

“每個(gè)井孔的水下地形有高低起伏，機(jī)器人處理完井孔中的泥土后，利用水下聲吶傳感和攝像設(shè)備，辨別盲區(qū)位置，并將感應(yīng)信號(hào)傳到地面。工作人員設(shè)定吸泥深度等數(shù)據(jù)，通過(guò)調(diào)節(jié)液壓機(jī)械臂的角度，清理盲區(qū)泥土。這樣一來(lái)可以確保均勻取土，二來(lái)保護(hù)沉井的井壁不被破壞。”湯忠國(guó)說(shuō)。

挖土后，機(jī)器人還會(huì)將泥土和殘?jiān)�吸到江面上運(yùn)走。湯忠國(guó)說(shuō)：“傳統(tǒng)吸泥設(shè)備每小時(shí)吸土約40立方米，但智能履帶式絞吸機(jī)器人可以吸土200立方米左右，工作效率提高4—6倍。”

替代蛙人

協(xié)助打撈落水者

2020年服貿(mào)會(huì)將于9月初舉行，而仿生鯊魚(yú)、水下機(jī)器人等多款海洋智能裝備已經(jīng)“整裝待發(fā)”，它們將在服貿(mào)會(huì)服務(wù)機(jī)器人展區(qū)“大放異彩”，為觀眾帶來(lái)驚艷的展出效果。

在位于經(jīng)開(kāi)區(qū)的博雅工道(北京)機(jī)器人科技有限公司展示區(qū)，一個(gè)水下機(jī)器人(智能纜控?zé)o人潛航器)正在大水箱里“搜尋”。機(jī)器人通過(guò)攝像頭的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及聲吶掃描，可以成功確認(rèn)水下目標(biāo)物的具體位置。聲吶可以掃描前方300米以內(nèi)的水域。

不遠(yuǎn)處，在拿著手柄遙控機(jī)器人的工作人員面前，放著三個(gè)顯示屏。左邊顯示聲吶信息，中間顯示攝像頭畫(huà)面，“之所以兩個(gè)都要用，是因?yàn)橛械牡胤剿�體渾濁，攝像頭看不清，大部分時(shí)間要依賴聲吶。右邊屏幕有記錄功能，可以為今后改進(jìn)提供數(shù)據(jù)。”工作人員說(shuō)。

據(jù)公司CEO熊明磊介紹，去年11月，這款機(jī)器人還在陜西水庫(kù)配合打撈船完成3名落水人員的打撈工作。蛙人可以下潛50米，而機(jī)器人可到達(dá)水深300米的水域，基本覆蓋了近海和內(nèi)湖湖泊。就在今年6月，水下機(jī)器人剛剛參加了北京消防救援總隊(duì)的防汛抗洪應(yīng)急演練。

2015年起，博雅工道自主研發(fā)了多款海洋智能裝備，如智能纜控?zé)o人潛航器、水陸兩用履帶車(chē)、智能仿生鯊魚(yú)無(wú)人潛航器等。

2019年收到有關(guān)部門(mén)陜西省水庫(kù)落水救援需求，博雅工道火速派遣團(tuán)隊(duì)攜水下機(jī)器人進(jìn)行水下探摸，最終完成對(duì)3名落水人員的打撈工作。2018年河北海事局針對(duì)渤海灣海上溢油問(wèn)題，采用博雅工道提供的溢油回收技術(shù)方案，通過(guò)其水下機(jī)器人對(duì)海上溢油進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)搭載專(zhuān)用裝置成功回收溢油，將經(jīng)濟(jì)損失降至最低。

除了搜救落水人員，機(jī)器人還能檢查水下壩體是否存在裂縫。他說(shuō)，機(jī)器人中最核心的一個(gè)配件為水下激光測(cè)距儀，由公司剛剛研發(fā)完成，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。“水下隧道和壩體如果有裂縫，需要了解開(kāi)裂寬度，我們是國(guó)內(nèi)唯一一個(gè)做出國(guó)產(chǎn)水下激光測(cè)距儀并達(dá)到亞毫米級(jí)的企業(yè)。”他說(shuō)，以往這個(gè)配件進(jìn)口要30萬(wàn)，且須等待4周至8周。配件國(guó)產(chǎn)化之后，成本只有原來(lái)的1%，銷(xiāo)售在15萬(wàn)。目前，公司自主研發(fā)的ROBO-ROV系列智能纜控?zé)o人潛航器平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化率90%以上。

(新媒體責(zé)編：zfy2019)