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使用高空作業(yè)機器人替代人來執(zhí)行作業(yè)是一個必

工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中充斥著高空作業(yè)的場景，如大型船舶的清洗除銹噴涂、火電鍋爐的檢測探傷維修等場景目前傳統(tǒng)的解決方案是蜘蛛人、腳手架、吊籃作業(yè)和高空作業(yè)車，最終完成工作的都是工人。高空作業(yè)具有高危、低效、高成本和低質(zhì)量的特點，尤其是高危，我國每年因高空作業(yè)死亡的人數(shù)近千人，有意愿從事高空作業(yè)的工人越來越少，因此使用高空作業(yè)機器人替代人來執(zhí)行作業(yè)是一個必然的趨勢。 01 高空作業(yè)市場現(xiàn)狀截止到2019年，我國第三產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟中的占比持續(xù)超越第二產(chǎn)業(yè)，已高達(dá)53.9%，但同西方主要發(fā)達(dá)國家相比，還處于較低水平，未來仍有很大的增長潛力。驅(qū)動第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重要原因就是機器人應(yīng)用的高速增長。據(jù)統(tǒng)計，2019年全球機器人市場規(guī)模達(dá)294.1億美元，近五年年平均增長率為12.3%；相比同年中國機器人市場規(guī)模達(dá)86.8億美元，近五年年平均增長率高達(dá)20.9%。與此同時，我國和其他發(fā)達(dá)國家一樣面臨著人口老齡化和少子化，勞動力下滑的現(xiàn)狀，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)需要持續(xù)的調(diào)整，也因此機器人與自動化必然成為全球趨勢。假設(shè)未來全球機器人產(chǎn)業(yè)的年均增長率不低于10%，我們可以預(yù)測未來的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。機器人市場中長期預(yù)測作為機器人應(yīng)用領(lǐng)域的重要分支，什么是高空作業(yè)機器人呢？讓我們先來看看什么是高空作業(yè)。所謂高空作業(yè)通常指的是高處作業(yè)，指人在一定位置為基準(zhǔn)的高處進行的作業(yè)。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3608-2008《高處作業(yè)分級》規(guī)定：“凡在墜落高度基準(zhǔn)面2m以上（含2m）有可能墜落的高處進行作業(yè)，都稱為高處作業(yè)?！? 高空作業(yè)常見的應(yīng)用場景有化工罐清潔探傷、船舶除銹及水下附作物去除、樓宇外墻清潔及玻璃幕墻檢測等。在這些應(yīng)用中，傳統(tǒng)的解決方案大多依賴于人工，如蜘蛛人、腳手架、高空作業(yè)車等。傳統(tǒng)高空作業(yè)方式然而這些方案卻有著嚴(yán)重的不足，主要體現(xiàn)在四個方面。高危 2011年-2017年，高空作業(yè)死亡人數(shù)4766人，平均每年死亡680人。低效手腳架方案平均需4人完成單一任務(wù)，且搭建形式受環(huán)境限制多；高空作業(yè)平臺作業(yè)高度有限，穩(wěn)定性不足。高成本人工成本極高，腳手架單次搭拆費用在幾十萬至上百萬不等，高空作業(yè)平臺租賃價格大概是4萬元/次。低質(zhì)量人工作業(yè)質(zhì)量分散，穩(wěn)定性、及時性、準(zhǔn)確率、環(huán)境適應(yīng)性均難以保證。 02 高空作業(yè)技術(shù)分析爬壁機器人是能夠在垂直陡壁上進行作業(yè)的機器人，它是高空作業(yè)機器人中的一大門類，同時爬壁機器人是移動機器人領(lǐng)域的一個重要分支，它把地面移動機器人技術(shù)與吸附技術(shù)結(jié)合起來，大大的擴展了機器人的應(yīng)用范圍。目前爬壁機器人主要是應(yīng)用在核工業(yè)、石化、建筑、消防等行業(yè)。 2.1爬壁機器人的吸附方式（1）磁力吸附式磁吸附爬壁機器人是依靠磁力吸附于壁面，適用于導(dǎo)磁性材料構(gòu)成的壁面。磁力吸附分為永磁吸附和電磁吸附，永磁吸附是通過在底部設(shè)計安裝上永磁材料，形成磁力碗，然后很好的吸附在金屬壁面的表面；電磁吸附就利用了電生磁的原理，通過電流的磁場效應(yīng)產(chǎn)生磁力吸附在壁面上。電磁吸附的方式雖然磁力可調(diào)，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要大體積的機器才可以帶動，因此現(xiàn)在常用的吸附方式就是永磁吸附，可以很好的在金屬壁面上進行作業(yè)。此外依據(jù)吸附元件是否接觸吸附面又可分為接觸式和非接觸式。接觸式吸附，即磁鐵直接接觸吸附面。同理可知什么是非接觸式吸附，非接觸式吸附可以使得機器人更加方便的在吸附面移動。磁力吸附的方式大多應(yīng)用在船舶、化工領(lǐng)域進行除銹、清潔等作業(yè)。（2）負(fù)壓吸附型負(fù)壓吸附型爬壁機器人可分為單負(fù)壓倉和多負(fù)壓倉。負(fù)壓吸附主要是把倉體內(nèi)空氣排空，使得內(nèi)外產(chǎn)生大氣壓力差，外部大氣壓會壓著機器人吸附在壁面上。這種方法具有噪音小、易于小型化集成的優(yōu)點，同時對壁面的光潔度及透氣性要求較高，所以常適用于玻璃幕墻、太陽能光伏面板等環(huán)境。（3）正壓推進型使用螺旋槳或者涵道風(fēng)扇產(chǎn)生合適的推力，從而使機器人能夠穩(wěn)定可靠地貼附在壁面上。適用于橋梁、建筑領(lǐng)域。（4）摩擦力抱撐對于柱狀結(jié)構(gòu)的外壁，可采用外箍的方式；對于管狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁，可采用內(nèi)撐的方式。適用于風(fēng)電塔清洗、管道檢測探傷等。（5）壁虎仿生型細(xì)型倒鉤刺：極細(xì)小的倒鉤刺，通過在粗糙壁面上“扣” 住凸緣實現(xiàn)爬壁；微精細(xì)剛毛：大量的微精細(xì)剛毛保證了仿壁虎腳掌與接觸面的充分接觸，產(chǎn)生強大黏附力。常見應(yīng)用在水泥壁面、磚石壁面等環(huán)境。爬壁機器人吸附方式 2.2爬壁機器人的移動方式（1）腿足式基于新的機器人運動學(xué)，通過控制柔性腳足的步態(tài)實現(xiàn)在各種戶外表面上的攀爬，如樹木、桿子、灰泥、磚塊等，代表為KOD實驗室的RISE項目制作的爬壁機器人。（2）車輪式給輪式機器人加裝兩個可傾斜的推進器，其中的螺旋槳還可調(diào)節(jié)推力方向，從而使機器人實現(xiàn)從地面到墻壁的反復(fù)。常見的有VertiGo爬壁機器人。（3）履帶式可以在垂直或倒置的表面爬行，通過遠(yuǎn)程遙控操作，可避免高危的化學(xué)或毒素環(huán)境。（4）框架式框架結(jié)構(gòu)是一種比較平穩(wěn)的結(jié)構(gòu)。為了獲取更大的吸附力，常采用多吸盤結(jié)構(gòu)，增大機器人與壁面的接觸面積。如Serbot機器人，在吸盤周邊安裝刷毛可實現(xiàn)清潔。爬壁移動方式特點 03 高空作業(yè)機器人研究發(fā)展現(xiàn)狀及未來趨勢 3.1 研究發(fā)展現(xiàn)狀當(dāng)前高空作業(yè)機器人常見的典型應(yīng)用有：火電鍋爐清洗探傷修復(fù)、船舶除銹、和化工打磨探傷焊接等。在特種場景作業(yè)等工業(yè)領(lǐng)域，國內(nèi)的企業(yè)和研究機構(gòu)集中在史河科技、清華、中科院等；國外則有Gecko Robotics、CMU和MIT等。在外墻清洗與幕墻檢測等民用領(lǐng)域，國內(nèi)外的研究企業(yè)和機構(gòu)有北航、新加坡南洋理工和Serbot等。過去二三十年來，高空作業(yè)機器人的研發(fā)一直停留在研究所與高校，國內(nèi)目前尚無高空作業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化方面的先例。主要有以下三個原因：場景復(fù)雜針對不同場景的特殊需求，往往需要進行機器人的定制化設(shè)計，從而導(dǎo)致研發(fā)成本和研發(fā)周期居高不下。功能不足傳統(tǒng)機器人樣機尺寸較小，負(fù)載能力低，且主要針對平面場景設(shè)計，所以其應(yīng)用場景非常局限。一般只能搭載攝像頭等檢查設(shè)備，且無法在風(fēng)電、船舶、管道、化工等曲面場合應(yīng)用。效率偏低特定場景下的功能模組與爬壁機器人本體集成后，過去均采用遙控方式操作整機，導(dǎo)致操作人員進入門檻較高，現(xiàn)場使用效率低下。如何實現(xiàn)工業(yè)和民用領(lǐng)域推廣？史河科技CTO王志超先生認(rèn)為做爬壁機器人產(chǎn)品應(yīng)該像中醫(yī)一樣，講究望、聞、問、切、治五個步驟，其中望、聞兩步主要是通過高清攝像機、無人機、嗅覺傳感器等器件來實現(xiàn)。找到問題之后，使用爬壁機器人進行檢測、探傷、修復(fù)，即問、切、治。當(dāng)爬壁機器人具備這五步之后，相信一定可以全面應(yīng)用于工業(yè)和民用領(lǐng)域。爬壁機器人推廣所需 3.2 未來發(fā)展趨勢隨著技術(shù)的發(fā)展，高空作業(yè)機器人將朝以下三個方面發(fā)展：曲面適應(yīng)底盤爬壁機器人底盤，可實現(xiàn)曲面適應(yīng)，從而極大地拓寬了應(yīng)用場景（風(fēng)電、船舶、管道、化工等場景下的高空壁面均為空間異形曲面）。模塊化吸附模組和行走模組等核心部件模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，整機基于所需部件進行快速組裝與集成，加速產(chǎn)品研發(fā)過程。智能化基于ROS系統(tǒng)，結(jié)合SLAM與AI技術(shù)，提高機器人自主移動與自動作業(yè)能力，盡可能降低人工參與的程度，從而簡化對操作人員的要求，并大幅度提升作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)效率。 04 史河科技高空作業(yè)機器人的介紹及未來研究方向針對行業(yè)傳統(tǒng)的高危、低效和高成本痛點。史河科技通過柔性底盤適應(yīng)曲面，可適度越障，提高負(fù)載能力；通過控制算法實現(xiàn)柔性底盤運動學(xué)逆解，SLAM及自主導(dǎo)航；對行走模組、吸附模組、功能模組等部件進行模塊化設(shè)計。通過使用這些方式，史河科技提供了全套的高空作業(yè)方案，其中包括磁力吸附型、負(fù)壓吸附型、模塊化履帶等。 4.1 產(chǎn)品介紹產(chǎn)品一：應(yīng)用于船舶/化工領(lǐng)域的除銹機器人RPP-MW-SRR RPP-MW-SRR 產(chǎn)品二：應(yīng)用于船舶/化工領(lǐng)域的噴涂機器人RPP-MW-CS RPP-MW-CS 產(chǎn)品三：應(yīng)用于化工罐的打磨機器人RPP-LW-CP RPP-LW-CP 產(chǎn)品四：應(yīng)用于火電鍋爐的檢測機器人RPP-LW-TED RPP-LW-TED 產(chǎn)品五：應(yīng)用于樓宇外墻的清洗機器人RPP-CP-BC（在研） RPP-CP-BC 4.2核心優(yōu)勢核心技術(shù)優(yōu)勢一大負(fù)載自重比與強曲面適應(yīng)能力。大負(fù)載自重比主要是通過高功率密度電機驅(qū)動器、驅(qū)控傳動一體化模組、驅(qū)控傳動一體化模組及即時定位與自主導(dǎo)航控制器實現(xiàn)；強曲面適應(yīng)能力通過力-磁耦合分析與優(yōu)化設(shè)計、超強釹鐵硼磁吸材料、陣列化磁場精準(zhǔn)設(shè)計、壁面防滑輪胎/履帶微觀紋路以及分布式柔性鉸鏈關(guān)節(jié)來實現(xiàn)。核心優(yōu)勢一核心技術(shù)優(yōu)勢二智能機器人控制系統(tǒng)包含：SLAM，多傳感器融合，自適應(yīng)的避障，多點激光定位等，以此實現(xiàn)機器人的半自主和未來全自主的作業(yè)。核心優(yōu)勢二核心技術(shù)優(yōu)勢三針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域，史河機器人在除銹工藝、檢測工藝、打磨工藝、噴涂工藝方面具有獨特的優(yōu)勢。核心優(yōu)勢三 4.3應(yīng)用展示目前史河科技產(chǎn)品應(yīng)用主要集中在船舶、化工、火電、建筑四大市場，以技術(shù)模塊化、標(biāo)桿運營化、市場全球化這“三板斧”打破特種機器人目前落地困難、銷量少、需求不一、場景繁多的“痛病”！

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