硬核！交大“管道蜘蛛侠”登场！

去年年底

该团队研发的管道巡检机器人

在中国国际大学生创新大赛(2024)中

斩获全国银奖

目前，成果已申请

发明专利4项、软著1项

并受邀作为全国28个项目之一

参加大赛成果展

我校交通运输学院博士生陈俊熙

作为项目负责人

现已组建公司

项目负责人、交通运输学院博士生陈俊熙

管道常常作为“毛细血管”，维系着系统的代谢功能，若不及时对其“体检”，各种问题将层出不穷。陈俊熙为我们介绍道：“习近平总书记在给白鹤滩水电站的贺信中指出水电建设是“西电东送”的重要组成部分。而对于水电站输送电力的重要通路——离相封闭母线环形绝缘管道，即IPB管道的巡检，一直是困扰水利发电的卡脖子问题。”

白鹤滩水电站

由于IPB管道内部结构复杂，嵌套管之间空间间距会不断变化，管道内无法使用GPS，也无法借助蓝牙传输，过去的管道检修，只能对管道逐节拆卸进行目视检查，每组发电机的巡检被迫停机至少20天，平均每座水电站每年因IPB管道检修的费用和经济损失高达上亿元。

该团队基于学校在机器人领域的技术优势，首创柔性八轮结构与多姿态激光雷达定位控制算法，实现了复杂嵌套管道内壁无吸附螺旋运动及密闭黑暗环境精准定位控制，研发了柔性轮管道巡检机器人，破解了水利巡检的场景化难题。

“小小蜘蛛侠”

如何做到不“翻车”？

传统管道机器人在实际运行过程中，单凭滚轮或磁力无法实现的摩擦吸附，如果碰到弯管、不规则管道，容易偏离正确的姿态，甚至侧翻或卡死。

管内环境

该团队研发的管道巡检机器人，采用了柔性八轮结构，凭借其柔性特质，机器人能够灵活适应间距变化的环形管道，无论管道环境多么复杂恶劣，无论管道形状多么奇特，它都能精准地抓握管道内壁，确保巡检任务的顺利完成。

柔性轮管道巡检机器人工作示意图

陈俊熙介绍道：“在作业时，末端的八轮会互相提供足够的支撑力，实现紧密贴附于管道壁面，无论是水平方向，还是竖直方向，都能实现360°的全方位行走，以此保障运行的稳定性。”于是，机器人可以化身“蜘蛛侠”，可以利用8只“触角”，相互支撑，倒挂金钩。

同时，通过八轮差速控制，轮子可以学会“思考”，遇到障碍时自动调整速度和方向，保证“走起来”顺顺畅畅。

“小小蜘蛛侠”

如何做到不“迷路”？

管道里通常条件复杂、光线昏暗，而且定位导航信号缺失。小小“蜘蛛侠”有何底气穿越重重障碍？团队给了它两个独门秘籍——独创的导航定位方法和视觉识别算法。

柔性轮管道巡检机器人工作中

为解决机器人在管道内的定位与导航难题，团队专门针对环形贯通管道场景，给它装上了“导航”——在传统的SLAM算法上，团队首次提出利用柱坐标系快速建图定位，让机器人既能准确知道自己在哪里，又能画出周围环境的地图。机器人搭载激光雷达，借助该算法，能在管道内部精准完成建图定位，实现自主导航，避免迷路。

此外，团队给机器人装上了视觉识别算法，配备了可见光摄像头，凭借这一设备，可对管道内异物遗洒情况、焊缝表面质量以及传感器状态等展开全面巡检工作。它能像人眼一样识别各种图像和物体，甚至只有1毫米宽的裂缝也能被发现。

基于柱坐标变换的改进SLAM算法与建图结果

团队在实验中设置的巡检场景难度远超同行，挑战极限，是为了能够轻松覆盖其他类型的管道巡检。“这就像国家提倡攻克‘卡脖子’问题和技术一样，先解决了更难的场景，积累了技术，再去应对其他简单的就易如反掌了。”他解释道。

陈俊熙与柔性轮管道巡检机器人

对自己有严苛要求的他，成功之路也并非一帆风顺。从构思到成熟稳定的成品，这款机器人一共经历了四代迭代升级。

四代机器人驱动结构迭代

前两代八轮管道巡检机器人的设计团队最初采用固定底座的八轮设计，效果并不理想。从第三代六轮设计试验开始，团队决定尝试更加灵活的柔性轮自适应支撑设计思路，经过不断调整和优化，最终确定了柔性八轮的设计方案。

柔性轮管道巡检机器人工作示意图

“路虽远，行则将至；事虽难，做则必成。”陈俊熙经常鼓励团队成员畅所欲言、敢想敢干，从不忽视每一个成员的想法，因为他坚信，每一个微小的主意都可能引起革命性的改变。正是在这样轻松活泼的团队氛围下，大家一起携手同行，攻克了一个又一个难关。

短短4年间，陈俊熙和他的柔性巡检机器人项目在自动化与智能学院侯涛刚老师的专业指导和团队成员的共同努力下不断迭代。如今，在学校就业与创业指导中心的支持下，已依托项目组建公司成立并成功入驻了北京交通大学国家大学科技园。学校将为陈俊熙团队提供包括创业空间、专家指导、资金帮助等支持。

“国内首创基于柔性八轮结构与多姿态激光雷达的密闭管道巡检领航者”项目在中国国际大学生创新大赛（2024）全国总决赛中获得银奖

目前，巡检机器人的系列产品已在国家能源、国家电网等相关单位实现落地应用，涵盖雅砻江水电站、济南黄河大桥等实际场景，可针对发电站的IPB管道、电机组蜗壳、吸收塔，以及高速公路、高压电线等多种场景提供专业服务。展望未来，随着技术的不断革新与完善，在城市地下管廊维护、工业厂房管道检测等领域，也具备广阔的应用拓展空间。

在日常生活中，除了科研，陈俊熙还喜欢网球和羽毛球。对于有一定入门难度的网球运动，他分享道，“随着技术的不断打磨与精进，我渐渐领略到这项运动蕴含的独特魅力。在网球运动中，既需要具备一定的力量与出色的跑动能力，还要求凭借精湛技术与十足耐心来实施战术策略。每一次完美击球，都能让我收获满满的成就感。我向来享受这种直面挑战、不断突破自我的感觉。”

除了管道巡检机器人，陈俊熙还有新的未来规划，“未来将重点聚焦于具身智能与低空经济领域的研究与实际应用。我十分看好产品交叉赛道的潜力，以多货车与多机器人/无人机协作配送模式为例，在未来城市中，具身智能将在这一创新配送模式中发挥关键作用，有望在有效满足不断增长的配送需求的同时，大幅削减固定中转站的建设成本，具备广阔的应用前景。”

追求卓越，挺膺担当

创新发展，交大力量