控制舵機、檢測管道、傳送數據……小巧靈活的機器人鉆進管道「把脈問診」，透過無線通訊即時傳達「病情」。近日，安慶師範大學師生研制的管道智能檢測機器人備受關註。相較於市面上的大部份管道檢測機器人僅支持管道狀態觀測，這個小「維修工」增加了管道缺陷位置的自動辨識和主動定位，透過傳感器、網絡攝影機等器材獲取管道內部資訊並即時傳出內部影片影像，直觀反映破損、淤堵等情況，從而幫助工作人員「對癥下藥」。
團隊在戶外管道進行實地檢測
目前，這個小「維修工」已拿下2023年第十八屆「挑戰杯」全國大學生課外學術科技作品競賽「黑科技」專項賽國賽一等獎，2023年全國大學生機器人大賽工業機器人賽道三等獎，一項國際發明專利、一項國內發明專利、一項實用新型專利。該科研團隊也與安慶市長三角未來產業研究院達成合作，共同完成「揭榜掛帥」科技專案：「面向管道爬行器基於影片的管道內壁缺陷檢測與辨識」。
研發這款智能機器人耗費多長時間？面對技術難關如何沈下心鉆研？遭遇挫折怎樣一再咬牙堅持？在安慶師範大學電腦與資訊學院的實驗室裏，有一支接力5年的科研團隊能夠解答這些疑問。團隊自2019年建立至今，始終致力於研發管道檢測機器人，已拿下了國家級、省市級等各類獎項50余項。目前該團隊由11個本科生組建而成，由艾列富教授、陳春生高級實驗師進行專業指導。
2022年1月份，智能科學與技術專業2021級劉勇琦從上一屆負責人手中接下「接力棒」，正式開始這段漫長的科研「接力長跑」。除了上課，其余時間團隊成員們總是待在實驗室裏。跑程式碼、測數據、寫報告……他們各司其職，不斷推進專案工作，合力解決了一個又一個「bug」。
談起研發管道智能檢測機器人的初衷，劉勇琦表示，「城市內很多管道尺寸狹小，難以人工作業，而市面上的大部份機器人僅支持管道狀態觀測，基本是由檢修人員依靠經驗來檢測管道內部情況，存在主觀不確定性。我們希望研究出新型管道智能檢測機器人，解決當下管道維修難的問題。」
據劉勇琦介紹，管道智能檢測機器人主要由機器人硬件裝置、網絡攝影機、超聲波傳感器、智能演算法等組成。團隊在機器人研發過程中，基於樹莓派開發板和YOLO演算法開發了缺陷檢測和辨識等核心技術，「這些技術主要幫助我們檢測管道內壁的缺陷，正是有這些核心技術的‘加持’，智能檢測機器人在管道中才能‘如魚得水’。」劉勇琦表示。
「透過實地檢測，我們意識到網絡攝影機只能顯示管道的二維狀態，在實際維修中無法十分精確定位維修位置。」因此，在「挑戰杯」專項賽結束後，團隊馬不停蹄投入到新一輪的研究，進一步更新叠代產品功能。此次更新，團隊在機器人身上安裝了激光雷達，能夠對一定區域內進行三維建模，這項新技術也被套用在了參加2023年全國大學生機器人大賽上的升級版機器人上。
運動模組控制、PC端視覺化界面、目標檢測精準度……機器人研制過程中涉及的課外知識，劉勇琦及其團隊成員只能成天泡圖書館「開小竈」，透過自學或請教指導老師來解決科研過程中的難題。「專案還有很多技術可以改進，比如提升主控平台效能、縮小機器人內部體積等，這些都是我們接下來要攻克的難題。」他說。
2023年12月份，「接力棒」再次交接，電腦科學與技術2022級周世翔「站」上「跑道」，帶領團隊繼續征戰。在之前的基礎上，周世翔團隊增加了車載雷達技術，安裝車載雷達後，機器人進入管道檢測到維修點，就能夠迅速建立三維模型，幫助維修人員更立體、精準地觀測管道狀態。
「我們打算把這項技術運用到古建築保護中。」周世翔表示，團隊今後將不斷精進技術，拓展套用領域，結合安慶古建築眾多的特點，使用車載雷達掃描古建築三維模型，將建築現有狀態保存下來，以便後期有針對性地進行維護。「利用這個原理，還可以把雷達安裝在無人機上，用於自然災害的損壞測繪。」周世翔坦言，希望團隊以後能一棒接一棒、一屆傳一屆，把屬於自己的這段科研路「跑」好。
（文／學生記者 葉子怡 圖／由受訪者提供）
