华南理工大学教授王振民：水下机器人焊接与增材制造应用空间巨大

随着海洋石油工程、海洋科考、海洋打捞等领域的快速发展，推动了水下机器人装备需求的增长，加上政府对于水下机器人的关注力度加强，资本市场也在逐渐向水下机器人靠拢。目前已经有多家水下机器人企业获得了高额融资，中国水下机器人生产企业在不断壮大。在“OFweek2018中国智能制造创新发展高峰论坛”上，华南理工大学教授王振民发表了主题为《水下机器人智能焊接与增材制造》的精彩演讲，王振民指出，随着人们开发海洋及内陆水资源活动的增加，水下机器人焊接与增材制造将打开广阔的应用空间，从海洋岛礁建设、海上油气田、水坝建设、大型船舰修复、核泄漏事故应急水下修复到军事海防工程等，水下机器人装备为重大装备的建造与自动化维保提供强大助力。

目前，水下机器人市场仍处于起步阶段，分析其原因主要是这一领域的资金和技术门槛较高，特别是用于实际工程作业的水下机器人系统结构复杂，研制周期长，产业化难度大，投资存在一定的风险。还有，国内水下机器人市场虽然大，但真正有实力的企业并不多，产业优势也没有形成，更没有行业的巨头。

水下机器人焊接与增材制造技术难题亟待破解
由于我国水下机器人焊接和增材制造的研究起步较晚，与国外产生了较大的差距，包括水下作业的范围/效率/环境空间/深度等方面，国外基本上是千米深度起步，我们还处于摸索阶段。水下焊接与增材设备研制周期长、投资大，现阶段国内大部分仍然采用水下蛙人作业的方式，现有水下作业机器人企业存在生存压力。

不过，多年来中国在水下机器人技术上也取得了一些进步。例如，在硬件本体方面，水下移动平台、水下轮式全位置智能焊接机器人、深潜机器人等均有较大突破；在水下图像处理算法方面，采用多目立体视觉技术以及多信息融合传感获取水下焊缝图像三维坐标，为机器人跟踪焊缝提供位置信息；在高性能的水下机器人焊接电源方面，基于DSC的超高频逆变式水下机器人专用SiC焊接电源也已经取得了突破，逆变频率可以达到200kHz；适用于水下环境的焊接材料也已经取得了长足的进步。

水下环境和介质比较特殊，在水下焊接中需要解决多项难题。王振民表示，实现水下机器人焊接要突破的技术难点主要有
(1)粗定位：即水下复杂空间环境感知、水下视觉驱动控制等；
(2)轨迹规划：智能无轨移动平台(浮游/履带/轮式吸附)＋多自由度机械臂在复杂水下环境的运动轨迹规划；
(3)精定位：水下机器视觉、激光/超声传感与机械臂的手-眼协调控制；
(4)焊接设备：超高频水下焊接电源＋潜水送丝装置＋微型排水装置＋故障诊断与保护；
(5)质量预测：水下焊接电弧行为及熔池动态模拟与电信号高速分析，专家数据库的建立等等。

中国水下机器人焊接与增材制造大有可为
水下工程的机遇伴随着挑战而来，我们必需加速发展水下智能装备，才能在未来市场竞争中占得先机。对于未来水下机器人焊接和增材制造的发展，王振民总结了如下几点建议。

首先是要完善创新体系，强化技术自主研发。核心技术靠化缘是要不来的。我们需要建立政产学研用协同的创新体系，推动前瞻性、共性技术研究和先进科技成果的转化。水下机器人主要包括仿真、智能控制、水下目标探测与识别、水下导航(定位)、通信、能源系统等六大关键技术。在开发具有自主知识产权的新技术的同时，要积极跟踪国外专利，主动规避潜在的专利纠纷，同时也要加大对自主知识产权的保护力度。

其次，要构筑产业发展信心，大力支持国产装备。国产装备制造商需要深入了解用户需求，积极展示企业技术实力，构筑产业发展信心;用户企业也需要给予国产装备容错和改进的空间，共同推动我国水下机器人焊接与增材制造产业竞争力的提升。

第三，加大开放力度，积极参与国际合作与竞争。我们需要加强与国际先进企业的技术合作，积极开展并购、股权投资、创业投资及建立海外研发中心，或者引导国外企业在华设立研发基地或研发中心，充分引进、消化、集成国外先进企业的技术成果，带动国内研发水平和工程应用能力的整体提升。

其四，要建立支撑体系，完善行业配套服务。积极主导或参与国际标准化工作，健全标准体系；完善人才评价体系和激励机制，打破唯论文、唯职称、唯学历等问题，落实科研人员科研成果转化的股权、期权激励和奖励等收益分配政策；进一步优化科研管理，提升科研绩效，形成与水下机器人焊接与增材制造产业发展需求相适应的科研氛围和生态环境。

技术创新推动产业的变革
随着总体控制、智能化传感器、综合定位与导航及水下通讯等关键技术的发展，水下机器人的智能化将得到进一步的提高，能在水下工程担任更加复杂的任务。对于未来几年的水下工程趋势，王振民认为，水下作业机器人的专业化程度将越来越高。未来将是针对某个特殊的需求，配置专用设备，完成特定任务。所以水下特种机器人的种类会越来越多、分工越来越细，专业化程度也越来越高。此外，人机交互控制方面将更加成熟。人与机器人协同作业，共同完成更加复杂的任务，是水下作业机器人技术的发展趋势。还有，水下机器人将利用智能传感器的多信息智能融合和配置技术，通过网络建立大范围的通讯系统，建立机器人相互之间以及机器人与人之间的通信协作机制，完善人机交互界面，使水下作业机器人更加稳定、实用和可靠。

水下焊接与增材制造是一个多学科综合交叉的工程，涉及到工艺的规划、设备的实时控制、传感与检测、信息处理、机器人运动控制等。其中，智能控制技术旨在提高水下作业机器人的自主性，其体系结构相当于人的大脑和神经系统。人工智能最本质的特征是具备了认知和学习的能力，具备了生成知识和更好地运用知识的能力，成为新一轮科技革命的核心技术。

王振民认为，新一代人工智能的发展，将成为推动水下机器人焊接与增材制造技术发展的巨大引擎。在水下机器人焊接与增材制造过程中引入人工智能可以从本质上提高水下机器人焊接与增材制造系统处理复杂性、不确定性问题的能力，将有良好的发展前景。此外，加入物联网等先进信息技术，可以把焊接过程中收集到的数据在云计算平台中进行分析决策，实现水下焊接与增材制造现场与后台控制的互联互通。未来，水下焊接与增材制造机器人的发展目标将是具有感知判断能力以及具有反馈决策能力的智能焊接机器人。

来源：OFweek机器人网