水下作业，机器人使命必达

近日，我国自主研发的首台商用水下智能清洗机器人“海若01”在山东港口青岛港正式投入商用。

水下机器人作业可以选择在港口集装箱货轮装卸货的同时清洗船体，为船东节省时间。潜水员只能在锚地清洗船体，基于安全因素，世界各国都不允许潜水员在港口作业。该款机器人首创运用无接触式高压空化射流自动清洗功能，成功实现垃圾自动回收，绿色环保，避免海洋二次污染，代表着国内最先进的船体及石油平台清洗科技水平。

天空、陆地和海洋，是人类探索与发展的三大主要方向。近年来，在机器人、无人机的助力之下，人们逐渐突破了天空与陆地的限制，并加速向下一个盲区海洋进发。在此过程中，作为海洋探索的重要利器和智能装备，水下机器人开始受到越来越多的关注。

“海斗一号”

万米深潜灵动矫健

下潜深度10907米、刷新中国潜水器最大下潜深度及作业深度纪录、填补中国万米作业型无人潜水器的空白……今年4月，中国首台作业型全海深自主遥控潜水器“海斗一号”，在马里亚纳海沟成功完成首次万米海试与试验性应用任务，这标志着中国无人潜水器技术跨入了一个可覆盖全海深探测与作业的新时代。

身长3.8米，鲜红明黄的鱼形外壳颜色靓丽，全海深电动机械手、高清摄像机……由中国科学院沈阳自动化研究所主持研制的“海斗一号”灵动矫健，游弋于蓝天碧海间。

此次科考任务中，“海斗一号”在马里亚纳海沟实现了4次万米下潜，深度分别为10884米、10907米、10802米、10863米，在高精度深度探测、机械手作业、近海底工作时间、声学探测与定位、声学通信作用距离及高清视频传输等方面，创造了中国潜水器领域多项第一。

据介绍，“海斗一号”在国内首次利用全海深高精度声学定位技术和机载多传感器信息融合方法，完成了对马里亚纳海沟“挑战者深渊”最深区域的巡航探测与高精度深度测量，获取了完整的全海深剖面与深渊海底的温盐深、深度剖面洋流变化等数据，为日后研究提供支持。

借助具有完全自主知识产权的全海深机械手，“海斗一号”还多次开展了深渊海底样品抓取、沉积物取样、标志物布放、水样采集等万米深渊坐底作业，并利用高清摄像系统获取了不同作业点的影像资料，为探索深渊地质环境特点和生物演化机制积累了宝贵素材。

自2016年7月项目启动，“海斗一号”历经两年半，完成了关键技术攻关与测试验证。4月23日，科考人员搭乘“探索一号”科考船如期开展海试。

伴随着光纤微缆的徐徐吐出，“海斗一号”无动力下潜至万米以下深度，自动探测到距离海底80米后，自主抛下潜压载，“海斗一号”以近乎零浮力的状态悬浮在万米深渊近海底。这是5月9日“海斗一号”万米“首秀”中的一幕。

“从海面至万米深渊，密度、压力、温度等环境参数的变化会导致潜水器产生几十公斤的浮力变化，在没有先验数据支撑的条件下，依靠项目组的浮力模型计算和配置，实现了‘海斗一号’万米近海底的中性浮力状态，这简直是奇迹。”科考人员介绍。

5月14日，“海斗一号”再次下潜，在深度10907米近海底海区，开展了机械手触发采水、机械手布放标志物、机械手沉积物取样等操作，完成规划的全部探测与作业内容后，主动抛载上浮，夜间安全回收。

在最后一次下潜任务中，“海斗一号”在“挑战者深渊”10863米的北坡区域着底，高清摄像观测到周边类似岩石状的海底凸起，本航次万米海试和应用完美收官。

智能绞吸机器人

破解水下盲区取土难题

黄色的机身、厚厚的履带、尖锐的绞吸头……8月19日上午，常泰长江大桥6号主塔墩施工现场，一台外形貌似微型“坦克”的智能履带式绞吸机器人，被吊装着慢慢进入主塔墩沉井内。

大型桥梁沉井作业的难点之一是“盲区”取土。由于水下地形复杂，沉井隔仓形成的盲区又难以视探，以往的吸泥设备，存在取土不均匀，沉井安装倾斜、突然下沉的风险。智能履带式绞吸机器人设计方介绍，他们自主研发的这款目前国内首个大型沉井水下取土的机器人，可以在水下行走，并能通过智能感应系统给沉井下沉的河床区域做“B超”，探明工作环境，将施工效率提升4—6倍，同时减少人力。

在建的常泰长江大桥是长江上首座集高速公路、城际铁路、一级公路“三位一体”的过江通道，于2019年1月9日开建。其中主航道桥为主跨1176米的斜拉桥，超过今年7月1日刚刚开通运营的世界上首座跨度超千米的公铁两用斜拉桥——沪苏通大桥。

由中铁大桥局施工的6号墩沉井，是国内目前平面尺寸最大的水中沉井，相当于13个篮球场的面积、1.2万辆家用小汽车的重量。

“目前，大型桥梁沉井施工最大的挑战就是盲区取土困难。”中铁大桥局常泰长江大桥项目经理汤忠国说，在6号墩沉井内，众多钢梁组合成一张蜘蛛网状的隔仓，将沉井分隔成一个个空洞洞的井孔，这张“蜘蛛网”下的河床区域就是沉井施工的“盲区”。

“沉井下沉时，隔仓的仓底会遭遇泥土的阻力，下沉越深，阻力越大。而此次沉井的最大入土深度达48米，其中黏土层总厚度达21米，相对坚硬，这意味着阻力更大。以往的吸泥设备，有吸泥不均匀、取土量难以控制的问题，这可能存在沉井局部倾斜或者突然下沉的风险，会对沉井结构、沉井内的设备和施工人员造成威胁。”汤忠国介绍。

6号墩沉井的盲区占沉井平面总面积的45%，如何在这么大的水域看清沉井的取土情况，让沉井安全着床?一年半前，汤忠国团队开始设计智能履带式绞吸机器人。

在施工现场，汤忠国介绍，他们为机器人设计了水下走行系统、水下智能感应系统、水下液压电气系统、自动绞吸排渣系统和岸上的操作控制系统，相当于一边给沉井的水下作业环境做“B超”，一边施工。

“每个井孔的水下地形有高低起伏，机器人处理完井孔中的泥土后，利用水下声呐传感和摄像设备，辨别盲区位置，并将感应信号传到地面。工作人员设定吸泥深度等数据，通过调节液压机械臂的角度，清理盲区泥土。这样一来可以确保均匀取土，二来保护沉井的井壁不被破坏。”汤忠国说。

挖土后，机器人还会将泥土和残渣吸到江面上运走。汤忠国说：“传统吸泥设备每小时吸土约40立方米，但智能履带式绞吸机器人可以吸土200立方米左右，工作效率提高4—6倍。”

替代蛙人

协助打捞落水者

2020年服贸会将于9月初举行，而仿生鲨鱼、水下机器人等多款海洋智能装备已经“整装待发”，它们将在服贸会服务机器人展区“大放异彩”，为观众带来惊艳的展出效果。

在位于经开区的博雅工道(北京)机器人科技有限公司展示区，一个水下机器人(智能缆控无人潜航器)正在大水箱里“搜寻”。机器人通过摄像头的实时监测以及声呐扫描，可以成功确认水下目标物的具体位置。声呐可以扫描前方300米以内的水域。

不远处，在拿着手柄遥控机器人的工作人员面前，放着三个显示屏。左边显示声呐信息，中间显示摄像头画面，“之所以两个都要用，是因为有的地方水体浑浊，摄像头看不清，大部分时间要依赖声呐。右边屏幕有记录功能，可以为今后改进提供数据。”工作人员说。

据公司CEO熊明磊介绍，去年11月，这款机器人还在陕西水库配合打捞船完成3名落水人员的打捞工作。蛙人可以下潜50米，而机器人可到达水深300米的水域，基本覆盖了近海和内湖湖泊。就在今年6月，水下机器人刚刚参加了北京消防救援总队的防汛抗洪应急演练。

2015年起，博雅工道自主研发了多款海洋智能装备，如智能缆控无人潜航器、水陆两用履带车、智能仿生鲨鱼无人潜航器等。

2019年收到有关部门陕西省水库落水救援需求，博雅工道火速派遣团队携水下机器人进行水下探摸，最终完成对3名落水人员的打捞工作。2018年河北海事局针对渤海湾海上溢油问题，采用博雅工道提供的溢油回收技术方案，通过其水下机器人对海上溢油进行检测，通过搭载专用装置成功回收溢油，将经济损失降至最低。

除了搜救落水人员，机器人还能检查水下坝体是否存在裂缝。他说，机器人中最核心的一个配件为水下激光测距仪，由公司刚刚研发完成，填补了国内空白。“水下隧道和坝体如果有裂缝，需要了解开裂宽度，我们是国内唯一一个做出国产水下激光测距仪并达到亚毫米级的企业。”他说，以往这个配件进口要30万，且须等待4周至8周。配件国产化之后，成本只有原来的1%，销售在15万。目前，公司自主研发的ROBO-ROV系列智能缆控无人潜航器平台实现了国产化率90%以上。

(新媒体责编：zfy2019)