2025年11月14日，北京石油化工学院教授薛龙在深圳核博会机器人与人工智能论坛发表《核电乏池水下检测及焊接机器人关键技术》主旨报告。
报告围绕核电乏池水下检测及焊接机器人关键技术展开，介绍了实验室基础、相关科研项目以及面向乏燃料池泄漏检测的无人化机器人方案。核心内容包括水下空间定位与地图构建、焊缝寻位和跟踪、多姿态稳定运动控制，并进一步展望将局部干法焊接与机器人系统结合。
关键点
1. 报告主题与结构（01:07）
薛龙教授汇报的主题是核电乏池水下检测及焊接机器人关键技术及应用，并表示将分几个部分介绍相关背景、技术路线和应用情况。
2. 实验室研究基础（01:32）
报告介绍了北京市光机电装备技术重点实验室，主要从事焊接自动化、焊接机器人、特种机器人、特种焊接、光电检测以及新能源制造技术等方向，其中水下焊接是较有特色的研究方向。
3. 近期重点项目布局（03:49）
实验室承担和参与了多项与核电、水下原位焊接、水下机器人、长输管线焊接、深水沉船打捞、南海管道维修及水下激光焊相关的重点研发项目，体现了其在复杂水下作业和焊接装备方面的连续积累。
4. 核电乏池检测需求（09:07）
项目背景是乏燃料池可能因微小缺陷或腐蚀产生泄漏，传统方法需要排干水后进入检测。报告提出开发机器人，在无人协作或少人工干预条件下完成水下检测任务。
5. 水下检测的关键难点（09:51）
难点包括在水下找到目标焊缝、对焊缝和机器人自身位置进行定位，以及在检测过程中保持机器人运行平稳，避免抖动和干扰造成检测误差。
6. 现有方案的不足（10:42）
报告对比了国外悬浮式、轨道式以及悬浮与爬行双模式检测机器人，指出不少方案仍依赖人工操控，容易导致运行不平稳，同时在乏池焊缝全方位定位方面仍存在不足。
7. 总体技术路线（12:11）
总体方案围绕复杂水下空间定位与地图构建、焊缝寻位、焊缝跟踪以及水下多姿态控制展开。系统由传统ROV、移动爬行机构、视觉跟踪和声纳导航等部分组成，以应对水下激光导航不可用和声纳精度较低的问题。
8. 水下空间定位与地图构建（13:39）
机器人利用声纳进行水下空间构图，并将构建的地图与已有参照物和目标信息匹配，从而确定机器人在水池空间中的位置，为后续焊缝搜索和检测提供基础。
9. 焊缝寻位与精确定位（15:35）
在完成地图匹配和初步定位后，机器人需要到达目标焊缝区域，并通过现场重新确认焊缝来修正自身位置。随后结合焊缝的物理标志点，寻找焊缝起点或终点，为检测路径建立精确起点。
10. 视觉辅助的精定位方法（17:44）
由于声纳定位精度有限，机器人到达焊缝区域后通过视觉系统和判断策略自动寻找焊缝，即使焊缝最初不在视野内，也通过多种方式搜索并定位焊缝触点。
11. 焊缝跟踪技术（18:36）
报告强调用机器人自动跟踪焊缝，替代人工操控小车检测，以减少抖动和干扰。在水下光照不足、水体扰动和焊缝复杂的条件下，团队通过大量实验、人工智能和深度学习提升焊缝识别效果，达到接近陆地视觉跟踪的精度。
12. 检测执行与传感器拖带（20:02）
焊缝跟踪问题解决后，车体可通过视觉进行二维调整，包括检测头调整和车体调整，从而拖带交流等检测传感器对焊缝进行精确检测。
13. 多姿态稳定运动控制（20:40）
机器人需要在水平面、侧壁竖向和横向等不同姿态下稳定爬行。团队围绕翻身、吸附、重心、水扰动、运动学和动力学等问题进行分析计算与调整，使机器人能够在不同方向上全方位爬行并保持平稳。
14. 实验验证与检测结果（22:48）
团队对工作端执行器的运动平稳性进行了验证，包括跟踪摆动和高度方向稳定性，并开展了传感器对焊缝检漏的验证，结果满足设计要求。
15. 水下焊接扩展方向（23:37）
在检测之外，报告还介绍了面向乏池维修的局部干法焊接思路，并提出希望将局部干法焊接与检测机器人系统进一步结合。
16. 柔性轨道焊接机器人（24:14）
团队开发了柔性轨道焊接机器人，采用无齿柔性轨道爬行，相比带齿方式运行更连贯平稳，并能适应不同直径变化；同时使用快速安装方式，已有设备在相关核电站应用。
17. 总结与展望（25:50）
报告总结了空间定位、任务分配、焊缝寻位跟踪和动力平衡等关键技术，并指出未来可进一步加强大型系统中多焊缝的数字化规划，以及把局部干法焊接技术集成到机器人中。
时间线
00:00 - 主持人感谢上一位报告人，并引出北京石油化工学院薛龙教授关于核电乏池水下检测及焊接机器人的报告。
01:07 - 报告正式开始，先说明主题和汇报安排，并介绍实验室的研究方向、学术基础、设备条件和承担项目情况。
03:49 - 报告转入近期在研项目，展示团队在核电应急机器人、水下原位焊接、长输管线焊接、深水打捞、海底管道维修和水下激光焊等方面的布局。
09:07 - 进入本次重点内容，说明核电乏燃料池泄漏检测需求、传统排水检测的局限，以及开发无人化水下检测机器人的目标。
09:51 - 围绕项目难点展开，讨论水下焊缝目标查找、定位、检测稳定性以及现有国内外方案中人工干预和全方位定位不足的问题。
12:11 - 提出总体方案和系统构成，以ROV、爬行机构、视觉跟踪和声纳导航为基础，形成水下检测机器人的关键技术框架。
13:39 - 详细讲解水下空间定位与地图构建，通过声纳构图、信号处理、地图匹配和位置确认来支撑自主作业。
15:35 - 继续讲解焊缝寻位和定位技术，说明机器人如何在声纳粗定位后利用视觉系统重新确认焊缝并找到检测起点。
18:36 - 介绍焊缝跟踪技术，重点说明在水下复杂视觉环境中通过实验训练、人工智能和深度学习实现稳定焊缝识别与跟踪。
20:40 - 讲解水下多姿态运动控制，说明机器人在水平、侧壁竖向和横向等姿态下实现稳定吸附、翻转和爬行的技术处理。
22:48 - 展示验证内容，包括执行端平稳性参数、检测过程验证和焊缝检漏验证，说明系统达到设计要求。
23:37 - 报告扩展到水下焊接方向，介绍局部干法焊接设想、柔性轨道焊接机器人及其结构特点和应用情况。
25:50 - 最后进行总结，概括定位、规划、焊缝寻位跟踪和动力平衡等成果，并展望数字化规划和局部干法焊接集成。
AI 延伸阅读(下文由AI生成，其内容可能存在偏差，请注意甄别)：
核电乏池水下机器人关键技术取得进展，检测与维修焊接一体化方案加速成形
北京石油化工学院薛龙教授围绕“核电乏池水下检测及焊接机器人关键技术与应用”介绍了团队在水下机器人、焊接自动化和特种焊接领域的研究基础与工程实践。核电乏燃料池长期运行中可能出现微小缺陷、腐蚀和泄漏风险，传统方式往往需要排干池水后由人员进入检测，不仅效率受限，也存在安全风险。因此，面向无人协作条件下的水下检测与维修需求，团队提出通过水下空间定位、焊缝寻位、焊缝跟踪和多姿态稳定控制等关键技术，实现机器人对池底、侧壁以及竖向、横向焊缝的自动化检测，并进一步支撑局部维修焊接。
薛龙教授所在团队依托北京市光机电装备技术重点实验室，长期从事焊接机器人、医疗机器人、水下焊接、光电检测和新能源制造等方向研究，建设了国内较早且规模较大的水下高压焊接模拟实验平台，具备水下焊接、检测和机器人运动控制的综合实验能力。团队曾承担“863”、国家重点研发计划等多项科研项目，并参与盾构机智能制造、大兴机场、上海中心大厦、鸟巢、港珠澳大桥以及汽轮机转子导流环对焊等工程，为核电乏池水下机器人技术研发积累了较强的实验条件和工程化经验。
在近期科研布局中，团队围绕核应急救援机器人、水下原位焊接、水下检测机器人、长输管线焊接机器人、深水沉船打捞焊接、南海管道应急维修以及水下激光焊接等方向开展工作。其中，核应急救援机器人对标日本福岛核事故场景，面向复杂核环境下的拆解、集成与主设备处理；南海管道应急维修项目则针对约400米水深、人员不可达环境中的管道损坏问题，探索自动切割、管段处理、焊接和检测等全流程装备化作业。这些研究共同指向一个目标，即在高风险、强约束、人员难以进入的环境中，用机器人完成原本依赖人工的检测与维修任务。
针对核电乏池内部焊缝检测，现有国际方案包括日本及通用方案中的悬浮式视觉检测、西班牙的轨道式检测结构，以及美国的悬浮与爬行双模式机器人结合交流电磁检测方式等。但这些系统普遍仍存在依赖人工操控或干预、运动稳定性不足、全方位自动定位能力不强等问题。人工操控带来的抖动会直接影响检测信号质量，尤其在微小缺陷识别和焊缝连续检测中，机器人运动的平稳性和路径精确性至关重要。因此，项目的改进方向是减少人工干预，提升水下复杂环境中的焊缝识别、跟踪、定位和检测稳定性，实现乏池全域自动化作业。
团队设计的水下检测机器人系统采用遥控潜水器平台与移动爬行机构结合的方式，并配置视觉跟踪系统和声呐导航系统。由于陆地常用的激光导航在水下效果不佳，系统主要依靠声呐完成空间定位与地图构建，再通过算法补偿和地图匹配提高定位精度。机器人首先构建乏池水下三维空间地图，明确自身坐标位置，再根据任务目标寻找焊缝区域，随后利用视觉系统对焊缝进行精确识别和路径跟踪，最终带动检测传感器完成缺陷检测。
水下空间定位与地图构建是机器人自主作业的基础。系统通过声呐采集池体环境信息，对信号进行提取、处理和建图，并将现场构建的空间地图与已有结构信息、参照物和目标位置进行匹配，从而修正机器人位姿。这一过程解决的是机器人如何从“知道任务目标”转化为“找到真实位置”的问题，为后续焊缝寻位、检测路径规划和传感器对准提供全局空间认知能力。
在焊缝寻位与定位方面，机器人先根据任务规划和池体结构信息确定目标焊缝的大致区域，再利用声呐和空间地图接近目标位置。到达目标区域后，视觉系统开始搜索焊缝；当焊缝不在视野中心时，机器人可通过多种搜索策略自动寻找，并在识别焊缝后沿焊缝方向寻找起点、终点或关键标志点。通过真实焊缝位置反向修正机器人自身位姿，可以进一步提高后续检测路径和传感器对准精度。
水下焊缝跟踪是保障检测质量的核心环节。水下环境存在光照差、水体扰动、波动、悬浮物影响图像质量等问题，焊缝形态也容易受到背景和噪声干扰。为此，团队通过大量实验采集水下焊缝图像数据，并采用人工智能与深度学习方法训练焊缝识别模型，提高视觉系统在复杂水下环境中的稳定识别能力。在跟踪过程中，机器人通过视觉系统进行二维位置调整，同时协调检测头和车体姿态，使检测传感器能够沿焊缝稳定运行。相关实验表明，水下焊缝跟踪精度已接近陆地视觉焊缝跟踪效果，有助于减少人工操控造成的抖动和检测干扰。
多姿态稳定控制则解决机器人能否在复杂池体表面可靠运动的问题。乏池内部焊缝分布在池底、侧壁以及不同方向的焊缝结构上，机器人需要从悬浮状态切换到吸附爬行状态，并适应竖缝、横缝等不同姿态。水流扰动、重心变化和吸附力不足都会影响稳定性。团队通过运动学分析解决不同姿态下的运动路径问题，通过动力学分析优化机器人重心、吸附力和结构布局，并结合实验调整参数，重点验证检测端执行器横向摆动稳定性、检测头高度稳定性、焊缝跟踪能力和缺陷检出能力。
在检测验证流程中，机器人完成定位后进入焊缝区域，由视觉系统识别并跟踪焊缝，再由检测传感器沿焊缝路径完成缺陷检测。验证内容包括机器人爬行稳定性、焊缝跟踪精度以及传感器对焊缝泄漏和缺陷的检测能力。该系统的应用价值在于降低排水和人工进入检测的需求，提高核电乏池检测的安全性、自动化水平和结果一致性。
除检测外，核电乏池还存在局部维修焊接需求。团队围绕水下高质量焊接方向，开展了局部干法焊接和柔性轨道焊接机器人研究。该柔性轨道焊接机器人采用无齿柔性轨道爬行方式，相比传统带齿轨道运行更连续、更平稳，能够适应不同直径和曲率变化，并具备快速安装与调整能力，相关技术已形成发明专利。该设备已在核电及海外核电项目中得到应用，显示出较好的工程化基础和推广潜力。
未来，团队将继续面向大型系统和大量焊缝场景提升数字化任务规划能力，把乏池结构和焊缝信息更完整地纳入系统，实现更高水平的自动规划。同时，局部干法焊接技术有望与水下检测机器人系统进一步融合，形成集检测、定位、跟踪、缺陷识别和维修焊接于一体的核电水下机器人解决方案，为核电设施安全运维提供更高效、更可靠的技术支撑。
