賽道專精特新，應(yīng)用場景高危、工作環(huán)境會對人身健康或安全形成威脅，使用人力效率過低，急切渴望實現(xiàn)自動化作業(yè)，相關(guān)自動化設(shè)備研發(fā)技術(shù)門檻卻又比較高，少有企業(yè)涉足。
這已成為我國大多數(shù)特種行業(yè)設(shè)備“清潔保養(yǎng)”的現(xiàn)狀。
▍自動化“清潔保養(yǎng)”成為新剛需
近年來，隨我國經(jīng)濟飛速發(fā)展和創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略有效推進，以工業(yè)、農(nóng)業(yè)、服務(wù)業(yè)為主導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級日漸加速，然而與工業(yè)領(lǐng)域“奔逸絕塵”的速度相比，石油、化工、電力、天然氣等重點行業(yè)的高危作業(yè)自動化、智能化升級進展卻并不順利。
例如船舶行業(yè)遠(yuǎn)洋船舶的巡檢、養(yǎng)護，石化行業(yè)存放石油、天然氣、化工品等資源的油氣儲罐清潔保養(yǎng)，電力行業(yè)風(fēng)力發(fā)電裝置重要組成部分的風(fēng)電塔筒除銹養(yǎng)護、核電站應(yīng)急設(shè)備的巡邏檢查……
許多高危特種工作都急需實現(xiàn)自動化、智能化作業(yè)的機器人設(shè)備，以替代人工作業(yè)，提升作業(yè)效率，實現(xiàn)作業(yè)方式轉(zhuǎn)型升級。
機器人行業(yè)近年來雖發(fā)展迅速，但從事大型鋼制立面結(jié)構(gòu)作業(yè)的機器人卻并不常見。
為了究其背后緣由，機器人大講堂特邀到特種機器人企業(yè)彼合彼方研發(fā)經(jīng)理張軒博士，他認(rèn)為，該行業(yè)發(fā)展緩慢的原因不過以下三點：
其一，需求市場占據(jù)賽道多、作業(yè)方式多樣、作業(yè)要求分散。相關(guān)機器人企業(yè)若想進入該賽道，其產(chǎn)品設(shè)計必須具有廣泛通用性，能適應(yīng)不同行業(yè)、切換不同作業(yè)“工種”，具有良好產(chǎn)品通用性。
其二，作業(yè)設(shè)備技術(shù)含量高，難以入門。目前對相關(guān)機器人產(chǎn)品呼聲較高的行業(yè)，其高危特種作業(yè)場景大多是立面結(jié)構(gòu)。盡管我國地面機器人體系已發(fā)展成熟，從地面發(fā)展到立面卻并非看上去那么簡單，雖說機構(gòu)作用原理相似，但產(chǎn)品的整體設(shè)計與具體實施仍存在很多挑戰(zhàn)和困難。
其三，特種行業(yè)“入市”門檻高，作業(yè)離散周期長。石油、化工、電力等特種行業(yè)多存在生產(chǎn)線長、涉及面廣、作業(yè)離散周期長、作業(yè)環(huán)境高危的特點，其對作業(yè)設(shè)備的選擇和要求，均異常謹(jǐn)慎和嚴(yán)格。
▍立面機器人到底“難”在哪？
地面機器人與立面機器人的設(shè)計研發(fā)有哪些區(qū)別？主要用于高危特種工作的立面機器人的“難點”又到底在哪？彼合彼方研發(fā)經(jīng)理張軒博士對機器人大講堂提到，主要有以下幾個難點需要攻克：
首先，在“行走”方式上，地面機器人無論是腿式、輪式、履帶式亦或是其他形態(tài)均可，其“腿足”的不同形態(tài)僅對其地形適應(yīng)能力產(chǎn)生影響。而立面作業(yè)機器人若要在垂直或半垂直等環(huán)境實現(xiàn)運動自由，必須掌握基礎(chǔ)行走技能——爬壁。
與影視作品中的蜘蛛俠需依靠蛛絲發(fā)射器發(fā)射蛛絲吸附在建筑物上以輔助實現(xiàn)在樓宇之間自由移動類似，立面機器人若要實現(xiàn)爬壁也必須依靠吸附裝置。立面作業(yè)機器人吸附裝置不僅要保證機器人本體在立面行走，還必須承擔(dān)加載在機器人本體上的各種作業(yè)模塊的重量。
永磁吸附技術(shù)便是為解決此問題而生。對立面機器人而言，永磁吸附技術(shù)的高低直接影響到其立面作業(yè)的穩(wěn)定性。
彼合彼方研發(fā)經(jīng)理張軒博士介紹到：“若要實現(xiàn)機器人在立面結(jié)構(gòu)的‘正常行走’，通過簡單的堆積磁鐵其實也可以實現(xiàn)，但簡單的磁鐵數(shù)量疊加在給予機器人吸附力的同時，也會增加機器人本體的重量，本體重量加重則又需要增加更多磁鐵以增大吸附力…… 如此循環(huán)往復(fù)，無法從根本上解決這個問題。”
這便涉及到負(fù)載自重比這個概念，即在保障機器人正常作業(yè)前提下，機器人所承受負(fù)載與自重的比值。負(fù)載自重比越大的機器人，吸附越穩(wěn)定越安全。而永磁吸附技術(shù)的高低便決定了機器人負(fù)載自動比的高低。對企業(yè)而言，使用輕重量、小體積磁鐵實現(xiàn)高性能吸附能力涉及到介質(zhì)傳導(dǎo)機制建立、磁場分布、靜態(tài)磁場分析、磁感應(yīng)強度分析、智能機利用率規(guī)劃方法等，存在較高技術(shù)門檻。
其次是移動構(gòu)型的適應(yīng)能力。相較地面機器人，立面機器人對機體構(gòu)型有著更為嚴(yán)格的要求。
在立面機器人最為常用的油氣儲罐、船舶、電力運維等應(yīng)用場景中，需要面對如球形、圓柱形、橢圓形等不同曲度的不同設(shè)備，其作業(yè)面的曲面半徑小的可能只有一兩米，大的則有可能達到50-60米，這就要求機器人的構(gòu)造必須具有足夠強的適應(yīng)能力，可應(yīng)對不同曲度的曲面。
此外，立面機器人在曲面表面進行作業(yè)時，還要面對結(jié)塊、銹包、焊縫等不同障礙，如何在保障機器人擁有足夠優(yōu)秀越障能力的同時實現(xiàn)作業(yè)模塊貼合，維持低控制難度和高工作效率也需要在機器人研發(fā)過程中進行不斷實驗。
立面機器人作為特種機器人中主要從事立面鋼制結(jié)構(gòu)防腐巡檢等高危特種作業(yè)的主要品類之一，其作業(yè)環(huán)境大多極度惡劣，對作業(yè)機器人存在防水、防塵、防爆、耐腐蝕、耐高溫、耐輻射等多樣化要求。
作業(yè)環(huán)境的多樣化高要求對機器人產(chǎn)品的研發(fā)提出了挑戰(zhàn)，同時，面向不同行業(yè)的不同作業(yè)環(huán)境要求，企業(yè)研發(fā)團隊必須擁有足夠的技術(shù)累積和行業(yè)經(jīng)驗以靈活應(yīng)對不同客戶的“定制化”需求。
▍成立不到兩年，訂單接到“手軟”
而來自天津的一家特種機器人企業(yè)，雖成立僅不到兩年，卻已面向石化、電力、船舶、橋梁等多行業(yè)的大型設(shè)備除銹、噴漆、清潔、檢測等高危特種作業(yè)推出防腐作業(yè)機器人、隨船作業(yè)機器人、小型機器人等多類多款產(chǎn)品，并與中石油、中核集團、中船重工、大唐風(fēng)電等多家龍頭企業(yè)建立合作關(guān)系。
在高危特種作業(yè)領(lǐng)域機器人設(shè)備研發(fā)普遍難度大、進度慢的大背景下，成立不到兩年的彼合彼方是如何做到如此高產(chǎn)？又為何能與諸多龍頭企業(yè)建立合作？
據(jù)了解，彼合彼方公司研發(fā)團隊成員多來自河北工業(yè)大學(xué)“特殊環(huán)境下服役機器人”創(chuàng)新團隊，該團隊長期致力于國家特殊服役環(huán)境下機器人作業(yè)急需的重要應(yīng)用基礎(chǔ)理論新方法和共性關(guān)鍵技術(shù)及其機器人裝備的研究。
該團隊研發(fā)以多構(gòu)型移動機構(gòu)為起點逐步形成地面一體化多方位智能巡檢體系，隨著地面系統(tǒng)不斷完善，研發(fā)團隊的研究重點也逐漸聚焦到研發(fā)前沿發(fā)展趨勢——立面機器人研發(fā)。從地面到立面，從二維到三維，彼合彼方研發(fā)團隊在地面機器人與立面機器人領(lǐng)域都積累了深厚的研發(fā)經(jīng)驗與技術(shù)成果。
彼合彼方的特種機器人產(chǎn)品便是在團隊研發(fā)經(jīng)驗與技術(shù)成果的基礎(chǔ)上，針對現(xiàn)有市場需求和不同場景需求進行開發(fā)的，進而形成了如今的全方位多功能產(chǎn)品體系。
▍大單“不斷”背后的產(chǎn)品“硬”實力
彼合彼方與客戶進行合作時定制化“改造”時間短、響應(yīng)快的優(yōu)勢非常明顯。針對領(lǐng)域各異的多樣作業(yè)，彼合彼方是如何做到“快速響應(yīng)”的呢？
對此，彼合彼方研發(fā)經(jīng)理張軒博士表示：“一方面是因為我們產(chǎn)品模塊化的設(shè)計得以實現(xiàn)更多功能和更強適應(yīng)性，更深層次則是源于我們在技術(shù)方面的領(lǐng)先。”
▍結(jié)語
隨著中國經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級程度逐漸加深，以爬壁機器人為代表的特種機器人作為代替人類危險作業(yè)的主力軍，也必將迎來春天。
但就目前行業(yè)發(fā)展而言，由于技術(shù)門檻高等原因，該領(lǐng)域涉足企業(yè)數(shù)量仍非常有限，許多企業(yè)或高校團隊或缺乏技術(shù)、或缺乏產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗，仍處在觀望階段，缺乏入局的勇氣。彼合彼方作為學(xué)校團隊科研成果產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化的優(yōu)秀案例，無疑給予了那些尚處徘徊階段的企業(yè)和團隊以入局勇氣。
最后，高危特種作業(yè)對立面機器人的防護也提出了比較高的要求。
綜合以上幾大難點，絕大部分想要涉足高危特種作業(yè)機器人研發(fā)的企業(yè)在“入門”時就被其高難度所“勸退”。
彼合彼方產(chǎn)品研發(fā)的高效高產(chǎn)與其背后的強大研發(fā)團隊密不可分。
在“爬壁”技術(shù)方面，彼合彼方在永磁吸附技術(shù)和吸附模塊的提升上投入了大量精力，經(jīng)過多年積累和產(chǎn)品迭代，最終實現(xiàn)了負(fù)載自重比高達2:1的傲人成績，相較同類產(chǎn)品1:1的負(fù)載自重比，彼合彼方在技術(shù)上實現(xiàn)了巨大進步。
在機器人本體方面，彼合彼方的產(chǎn)品經(jīng)過多次實驗和更新迭代已基本成熟，在絕大多數(shù)應(yīng)用中，其機器人本體均無需進行二次設(shè)計，只需在作業(yè)工藝上與客戶進行溝通交流進行改進設(shè)計。
在產(chǎn)品設(shè)計方面，彼合彼方所有產(chǎn)品設(shè)計均采用模塊化設(shè)計方案，將整個機械結(jié)構(gòu)拆解成不同的模塊分別進行設(shè)計，雖然這為產(chǎn)品研發(fā)帶來了較大難度，但把整個機器人化整為零、化繁為簡的方式令團隊在面向不同項目時，可將客戶多樣化需求拆解開來，各個擊破，幫助團隊輕松應(yīng)對客戶復(fù)雜多樣的各種需求，更好抓住問題本質(zhì)，快速給出解決方案。
同時，將機器人模塊化的設(shè)計也為產(chǎn)品維修和工作效率提升提供了極大助力。在實際施工過程中，有效提高響應(yīng)速度，縮短維修時間。
在產(chǎn)品實力提升方面，彼合彼方多措并舉，通過將清潔、除銹、噴漆、打磨、拋光等一系列作業(yè)工藝進行模塊化設(shè)計，實現(xiàn)機器人代替人工完成更多“工種”的工作；積累和摸索不同工藝參數(shù)，搭建工藝數(shù)據(jù)庫；小型機器人實現(xiàn)小型化、輕量化、便攜化，力爭實現(xiàn)自家產(chǎn)品功能全面化、作業(yè)高效化和作業(yè)對象多元化。
