華南理工大學(xué)教授王振民：水下機(jī)器人焊接與增材制造應(yīng)用空間巨大

隨著海洋石油工程、海洋科考、海洋打撈等領(lǐng)域的快速發(fā)展，推動(dòng)了水下機(jī)器人裝備需求的增長(zhǎng)，加上政府對(duì)于水下機(jī)器人的關(guān)注力度加強(qiáng)，資本市場(chǎng)也在逐漸向水下機(jī)器人靠攏。目前已經(jīng)有多家水下機(jī)器人企業(yè)獲得了高額融資，中國(guó)水下機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè)在不斷壯大。在“OFweek2018中國(guó)智能制造創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇”上，華南理工大學(xué)教授王振民發(fā)表了主題為《水下機(jī)器人智能焊接與增材制造》的精彩演講，王振民指出，隨著人們開發(fā)海洋及內(nèi)陸水資源活動(dòng)的增加，水下機(jī)器人焊接與增材制造將打開廣闊的應(yīng)用空間，從海洋島礁建設(shè)、海上油氣田、水壩建設(shè)、大型船艦修復(fù)、核泄漏事故應(yīng)急水下修復(fù)到軍事海防工程等，水下機(jī)器人裝備為重大裝備的建造與自動(dòng)化維保提供強(qiáng)大助力。

目前，水下機(jī)器人市場(chǎng)仍處于起步階段，分析其原因主要是這一領(lǐng)域的資金和技術(shù)門檻較高，特別是用于實(shí)際工程作業(yè)的水下機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，研制周期長(zhǎng)，產(chǎn)業(yè)化難度大，投資存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。還有，國(guó)內(nèi)水下機(jī)器人市場(chǎng)雖然大，但真正有實(shí)力的企業(yè)并不多，產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)也沒有形成，更沒有行業(yè)的巨頭。

水下機(jī)器人焊接與增材制造技術(shù)難題亟待破解
由于我國(guó)水下機(jī)器人焊接和增材制造的研究起步較晚，與國(guó)外產(chǎn)生了較大的差距，包括水下作業(yè)的范圍/效率/環(huán)境空間/深度等方面，國(guó)外基本上是千米深度起步，我們還處于摸索階段。水下焊接與增材設(shè)備研制周期長(zhǎng)、投資大，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)大部分仍然采用水下蛙人作業(yè)的方式，現(xiàn)有水下作業(yè)機(jī)器人企業(yè)存在生存壓力。

不過，多年來(lái)中國(guó)在水下機(jī)器人技術(shù)上也取得了一些進(jìn)步。例如，在硬件本體方面，水下移動(dòng)平臺(tái)、水下輪式全位置智能焊接機(jī)器人、深潛機(jī)器人等均有較大突破；在水下圖像處理算法方面，采用多目立體視覺技術(shù)以及多信息融合傳感獲取水下焊縫圖像三維坐標(biāo)，為機(jī)器人跟蹤焊縫提供位置信息；在高性能的水下機(jī)器人焊接電源方面，基于DSC的超高頻逆變式水下機(jī)器人專用SiC焊接電源也已經(jīng)取得了突破，逆變頻率可以達(dá)到200kHz；適用于水下環(huán)境的焊接材料也已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。

水下環(huán)境和介質(zhì)比較特殊，在水下焊接中需要解決多項(xiàng)難題。王振民表示，實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人焊接要突破的技術(shù)難點(diǎn)主要有
(1)粗定位：即水下復(fù)雜空間環(huán)境感知、水下視覺驅(qū)動(dòng)控制等；
(2)軌跡規(guī)劃：智能無(wú)軌移動(dòng)平臺(tái)(浮游/履帶/輪式吸附)＋多自由度機(jī)械臂在復(fù)雜水下環(huán)境的運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃；
(3)精定位：水下機(jī)器視覺、激光/超聲傳感與機(jī)械臂的手-眼協(xié)調(diào)控制；
(4)焊接設(shè)備：超高頻水下焊接電源＋潛水送絲裝置＋微型排水裝置＋故障診斷與保護(hù)；
(5)質(zhì)量預(yù)測(cè)：水下焊接電弧行為及熔池動(dòng)態(tài)模擬與電信號(hào)高速分析，專家數(shù)據(jù)庫(kù)的建立等等。

中國(guó)水下機(jī)器人焊接與增材制造大有可為
水下工程的機(jī)遇伴隨著挑戰(zhàn)而來(lái)，我們必需加速發(fā)展水下智能裝備，才能在未來(lái)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占得先機(jī)。對(duì)于未來(lái)水下機(jī)器人焊接和增材制造的發(fā)展，王振民總結(jié)了如下幾點(diǎn)建議。

首先是要完善創(chuàng)新體系，強(qiáng)化技術(shù)自主研發(fā)。核心技術(shù)靠化緣是要不來(lái)的。我們需要建立政產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同的創(chuàng)新體系，推動(dòng)前瞻性、共性技術(shù)研究和先進(jìn)科技成果的轉(zhuǎn)化。水下機(jī)器人主要包括仿真、智能控制、水下目標(biāo)探測(cè)與識(shí)別、水下導(dǎo)航(定位)、通信、能源系統(tǒng)等六大關(guān)鍵技術(shù)。在開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)的同時(shí)，要積極跟蹤國(guó)外專利，主動(dòng)規(guī)避潛在的專利糾紛，同時(shí)也要加大對(duì)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)力度。

其次，要構(gòu)筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展信心，大力支持國(guó)產(chǎn)裝備。國(guó)產(chǎn)裝備制造商需要深入了解用戶需求，積極展示企業(yè)技術(shù)實(shí)力，構(gòu)筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展信心;用戶企業(yè)也需要給予國(guó)產(chǎn)裝備容錯(cuò)和改進(jìn)的空間，共同推動(dòng)我國(guó)水下機(jī)器人焊接與增材制造產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的提升。

第三，加大開放力度，積極參與國(guó)際合作與競(jìng)爭(zhēng)。我們需要加強(qiáng)與國(guó)際先進(jìn)企業(yè)的技術(shù)合作，積極開展并購(gòu)、股權(quán)投資、創(chuàng)業(yè)投資及建立海外研發(fā)中心，或者引導(dǎo)國(guó)外企業(yè)在華設(shè)立研發(fā)基地或研發(fā)中心，充分引進(jìn)、消化、集成國(guó)外先進(jìn)企業(yè)的技術(shù)成果，帶動(dòng)國(guó)內(nèi)研發(fā)水平和工程應(yīng)用能力的整體提升。

其四，要建立支撐體系，完善行業(yè)配套服務(wù)。積極主導(dǎo)或參與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化工作，健全標(biāo)準(zhǔn)體系；完善人才評(píng)價(jià)體系和激勵(lì)機(jī)制，打破唯論文、唯職稱、唯學(xué)歷等問題，落實(shí)科研人員科研成果轉(zhuǎn)化的股權(quán)、期權(quán)激勵(lì)和獎(jiǎng)勵(lì)等收益分配政策；進(jìn)一步優(yōu)化科研管理，提升科研績(jī)效，形成與水下機(jī)器人焊接與增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求相適應(yīng)的科研氛圍和生態(tài)環(huán)境。

技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的變革
隨著總體控制、智能化傳感器、綜合定位與導(dǎo)航及水下通訊等關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，水下機(jī)器人的智能化將得到進(jìn)一步的提高，能在水下工程擔(dān)任更加復(fù)雜的任務(wù)。對(duì)于未來(lái)幾年的水下工程趨勢(shì)，王振民認(rèn)為，水下作業(yè)機(jī)器人的專業(yè)化程度將越來(lái)越高。未來(lái)將是針對(duì)某個(gè)特殊的需求，配置專用設(shè)備，完成特定任務(wù)。所以水下特種機(jī)器人的種類會(huì)越來(lái)越多、分工越來(lái)越細(xì)，專業(yè)化程度也越來(lái)越高。此外，人機(jī)交互控制方面將更加成熟。人與機(jī)器人協(xié)同作業(yè)，共同完成更加復(fù)雜的任務(wù)，是水下作業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。還有，水下機(jī)器人將利用智能傳感器的多信息智能融合和配置技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)建立大范圍的通訊系統(tǒng)，建立機(jī)器人相互之間以及機(jī)器人與人之間的通信協(xié)作機(jī)制，完善人機(jī)交互界面，使水下作業(yè)機(jī)器人更加穩(wěn)定、實(shí)用和可靠。

水下焊接與增材制造是一個(gè)多學(xué)科綜合交叉的工程，涉及到工藝的規(guī)劃、設(shè)備的實(shí)時(shí)控制、傳感與檢測(cè)、信息處理、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制等。其中，智能控制技術(shù)旨在提高水下作業(yè)機(jī)器人的自主性，其體系結(jié)構(gòu)相當(dāng)于人的大腦和神經(jīng)系統(tǒng)。人工智能最本質(zhì)的特征是具備了認(rèn)知和學(xué)習(xí)的能力，具備了生成知識(shí)和更好地運(yùn)用知識(shí)的能力，成為新一輪科技革命的核心技術(shù)。

王振民認(rèn)為，新一代人工智能的發(fā)展，將成為推動(dòng)水下機(jī)器人焊接與增材制造技術(shù)發(fā)展的巨大引擎。在水下機(jī)器人焊接與增材制造過程中引入人工智能可以從本質(zhì)上提高水下機(jī)器人焊接與增材制造系統(tǒng)處理復(fù)雜性、不確定性問題的能力，將有良好的發(fā)展前景。此外，加入物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)信息技術(shù)，可以把焊接過程中收集到的數(shù)據(jù)在云計(jì)算平臺(tái)中進(jìn)行分析決策，實(shí)現(xiàn)水下焊接與增材制造現(xiàn)場(chǎng)與后臺(tái)控制的互聯(lián)互通。未來(lái)，水下焊接與增材制造機(jī)器人的發(fā)展目標(biāo)將是具有感知判斷能力以及具有反饋決策能力的智能焊接機(jī)器人。

來(lái)源：OFweek機(jī)器人網(wǎng)