湖北日报全媒记者 方琳 通讯员 李雄风

10月20日，湖北日报全媒记者从湖北工业大学获悉，该校土木建筑与环境学院研二学生李鸿德与他的团队成员在老师肖衡林、裴尧尧和陈智的指导下，综合图像识别、人工智能等技术， 研发出一款高效除冰的智能机器人，日前在湖北省第十四届“挑战杯”大学生课外学术作品竞赛中获一等奖。

湖北交投智能检测股份有限公司等单位出示的应用证明中，说明了该机器人已在多座斜拉桥工程中成功应用，为解决冬季桥梁缆索结冰提供了一种新的可行方案。

产品升级后除净率可达90%

据了解，斜拉桥缆索掉冰凌事件近年频发，影响交通安全，缆索积冰还会导致桥梁不稳。而现有的人工除冰、涂料防冰、电加热除冰等方式存在效率低、耗时久、老化失效、成本高等缺点。如何能够高效、持久、安全除冰？李鸿德介绍，他们于2021年9月启动项目研发，当时研发的一代机器人轮子吸附缆索面积小，容易打滑，除净率仅70%。后来在老师指导下着手改良：将轮子改良为履带，增大覆盖面积；将单一机械除冰改为超声波、热力、机械复合除冰等。改良后，机器人除冰时不仅对缆索无损，且除净率从70%提升至90%。

基于PID控制算法，他们还给机器人设计了能够自动调节松紧的环抱结构。“通过算法让机器人调整夹紧力来控制速度，遇到冰块厚实的地方就夹紧绳索来减缓速度，停留更久，通过延长除冰时间，更彻底除冰，遇到冰块薄的地方就快速通过，提高机器的环境适应性。”

制作样机的过程并不容易，李鸿德坦言，团队成员共8人，很多并非机械专业，要自学机械设计相关知识。加上控制程序编写、控制系统测试，前后“折腾”近2个月才终于组装好样机。

今年5月，该样机在武汉二七长江大桥进行攀爬测试，来自中铁大桥勘测设计院的专家评价，这款机器人原创性、技术水平高，在冬季桥梁缆索除冰技术上有所突破，具有很高的推广价值。

在低温实验室模拟除冰700余次

“为了让机器人‘学会’除冰，我们得自己先会除冰。”李鸿德说。

湖北工业大学有华中地区最大、湖北省唯一的融雪化冰成果转化中试基地，在-25℃的低温实验室里，李鸿德与团队成员们进行了700余次模拟除冰实验。

他们在低温实验室里，调节湿度、温度等各种变量，模拟各种结冰情况，并尝试热化、刀铲、振超声波等各种形式除冰，寻找最佳除冰方式。

他们还在实验室采集了2000多张缆索结冰图像，建立覆冰形态样本集，根据覆冰面积、覆冰硬度、最大冰凌长度等因素，对结冰严重程度进行分类，建立深度学习模型，让进行“深度学习”后的机器人可通过高清深度摄像头采集前方缆索图像，辨别覆冰形态类别，实时自行调整运动和除冰参数。

“现在我们只需远程遥控按下‘一键除冰’，机器便启动，之后自动作业。当识别到缆索端头时，它还能自动返航。”李鸿德介绍。

在研发过程中，有专家提出疑问，目前的高压线路除冰机器人已经相对成熟，为什么还要进行该机器人的研究？项目指导老师裴尧尧介绍，团队经过技术查新和市场调研了解到，相比高压输电线路，斜拉桥缆索的角度更大、线缆更粗、覆冰形态更加复杂，除冰机器人无法采用悬挂式的机身结构，高压线路除冰机器人对于此次研发的参考价值并不大。

两年的研发让成员们收获满满。“除了巩固了本专业知识，在老师指导下，我还学习了如何做机械设计，如何编写代码，还进行了实际应用，收获很大。”团队成员、该校土木建筑与环境学院研二学生卢君帆说。

目前，团队围绕该项目已发表SCI论文3篇、授权发明专利2项、授权实用新型专利3项、受理发明专利14项。下一步，他们将持续改进，争取将发明带出实验室，实现大规模生产和应用。