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使用高空作業機器人替代人來執行作業是一個必

工業生產和日常生活中充斥著高空作業的場景，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的解決方案是蜘蛛人、腳手架、吊籃作業和高空作業車，最終完成工作的都是工人。高空作業具有高危、低效、高成本和低質量的特點，尤其是高危，我國每年因高空作業死亡的人數近千人，有意愿從事高空作業的工人越來越少，因此使用高空作業機器人替代人來執行作業是一個必然的趨勢。 01 高空作業市場現狀截止到2019年，我國第三產業在國民經濟中的占比持續超越第二產業，已高達53.9%，但同西方主要發達國家相比，還處于較低水平，未來仍有很大的增長潛力。驅動第三產業發展的一個重要原因就是機器人應用的高速增長。據統計，2019年全球機器人市場規模達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模達86.8億美元，近五年年平均增長率高達20.9%。與此同時，我國和其他發達國家一樣面臨著人口老齡化和少子化，勞動力下滑的現狀，產業結構需要持續的調整，也因此機器人與自動化必然成為全球趨勢。假設未來全球機器人產業的年均增長率不低于10%，我們可以預測未來的產業規模。機器人市場中長期預測作為機器人應用領域的重要分支，什么是高空作業機器人呢？讓我們先來看看什么是高空作業。所謂高空作業通常指的是高處作業，指人在一定位置為基準的高處進行的作業。國家標準GB/T 3608-2008《高處作業分級》規定：“凡在墜落高度基準面2m以上（含2m）有可能墜落的高處進行作業，都稱為高處作業。” 高空作業常見的應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。在這些應用中，傳統的解決方案大多依賴于人工，如蜘蛛人、腳手架、高空作業車等。傳統高空作業方式然而這些方案卻有著嚴重的不足，主要體現在四個方面。高危 2011年-2017年，高空作業死亡人數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，且搭建形式受環境限制多；高空作業平臺作業高度有限，穩定性不足。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，高空作業平臺租賃價格大概是4萬元/次。低質量人工作業質量分散，穩定性、及時性、準確率、環境適應性均難以保證。 02 高空作業技術分析爬壁機器人是能夠在垂直陡壁上進行作業的機器人，它是高空作業機器人中的一大門類，同時爬壁機器人是移動機器人領域的一個重要分支，它把地面移動機器人技術與吸附技術結合起來，大大的擴展了機器人的應用范圍。目前爬壁機器人主要是應用在核工業、石化、建筑、消防等行業。 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，適用于導磁性材料構成的壁面。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產生磁力吸附在壁面上。電磁吸附的方式雖然磁力可調，但是結構復雜，需要大體積的機器才可以帶動，因此現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。此外依據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用在船舶、化工領域進行除銹、清潔等作業。（2）負壓吸附型負壓吸附型爬壁機器人可分為單負壓倉和多負壓倉。負壓吸附主要是把倉體內空氣排空，使得內外產生大氣壓力差，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境。（3）正壓推進型使用螺旋槳或者涵道風扇產生合適的推力，從而使機器人能夠穩定可靠地貼附在壁面上。適用于橋梁、建筑領域。（4）摩擦力抱撐對于柱狀結構的外壁，可采用外箍的方式；對于管狀結構的內壁，可采用內撐的方式。適用于風電塔清洗、管道檢測探傷等。（5）壁虎仿生型細型倒鉤刺：極細小的倒鉤刺，通過在粗糙壁面上“扣” 住凸緣實現爬壁；微精細剛毛：大量的微精細剛毛保證了仿壁虎腳掌與接觸面的充分接觸，產生強大黏附力。常見應用在水泥壁面、磚石壁面等環境。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，通過控制柔性腳足的步態實現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節推力方向，從而使機器人實現從地面到墻壁的反復。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，通過遠程遙控操作，可避免高危的化學或毒素環境。（4）框架式框架結構是一種比較平穩的結構。為了獲取更大的吸附力，常采用多吸盤結構，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清潔。爬壁移動方式特點 03 高空作業機器人研究發展現狀及未來趨勢 3.1 研究發展現狀當前高空作業機器人常見的典型應用有：火電鍋爐清洗探傷修復、船舶除銹、和化工打磨探傷焊接等。在特種場景作業等工業領域，國內的企業和研究機構集中在史河科技、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域，國內外的研究企業和機構有北航、新加坡南洋理工和Serbot等。過去二三十年來，高空作業機器人的研發一直停留在研究所與高校，國內目前尚無高空作業機器人產業化方面的先例。主要有以下三個原因：場景復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計，從而導致研發成本和研發周期居高不下。功能不足傳統機器人樣機尺寸較小，負載能力低，且主要針對平面場景設計，所以其應用場景非常局限。一般只能搭載攝像頭等檢查設備，且無法在風電、船舶、管道、化工等曲面場合應用。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，導致操作人員進入門檻較高，現場使用效率低下。如何實現工業和民用領域推廣？史河科技CTO王志超先生認為做爬壁機器人產品應該像中醫一樣，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。找到問題之后，使用爬壁機器人進行檢測、探傷、修復，即問、切、治。當爬壁機器人具備這五步之后，相信一定可以全面應用于工業和民用領域。爬壁機器人推廣所需 3.2 未來發展趨勢隨著技術的發展，高空作業機器人將朝以下三個方面發展：曲面適應底盤爬壁機器人底盤，可實現曲面適應，從而極大地拓寬了應用場景（風電、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、標準化，整機基于所需部件進行快速組裝與集成，加速產品研發過程。智能化基于ROS系統，結合SLAM與AI技術，提高機器人自主移動與自動作業能力，盡可能降低人工參與的程度，從而簡化對操作人員的要求，并大幅度提升作業質量和作業效率。 04 史河科技高空作業機器人的介紹及未來研究方向針對行業傳統的高危、低效和高成本痛點。史河科技通過柔性底盤適應曲面，可適度越障，提高負載能力；通過控制算法實現柔性底盤運動學逆解，SLAM及自主導航；對行走模組、吸附模組、功能模組等部件進行模塊化設計。通過使用這些方式，史河科技提供了全套的高空作業方案，其中包括磁力吸附型、負壓吸附型、模塊化履帶等。 4.1 產品介紹產品一：應用于船舶/化工領域的除銹機器人RPP-MW-SRR RPP-MW-SRR 產品二：應用于船舶/化工領域的噴涂機器人RPP-MW-CS RPP-MW-CS 產品三：應用于化工罐的打磨機器人RPP-LW-CP RPP-LW-CP 產品四：應用于火電鍋爐的檢測機器人RPP-LW-TED RPP-LW-TED 產品五：應用于樓宇外墻的清洗機器人RPP-CP-BC（在研） RPP-CP-BC 4.2核心優勢核心技術優勢一大負載自重比與強曲面適應能力。大負載自重比主要是通過高功率密度電機驅動器、驅控傳動一體化模組、驅控傳動一體化模組及即時定位與自主導航控制器實現；強曲面適應能力通過力-磁耦合分析與優化設計、超強釹鐵硼磁吸材料、陣列化磁場精準設計、壁面防滑輪胎/履帶微觀紋路以及分布式柔性鉸鏈關節來實現。核心優勢一核心技術優勢二智能機器人控制系統包含：SLAM，多傳感器融合，自適應的避障，多點激光定位等，以此實現機器人的半自主和未來全自主的作業。核心優勢二核心技術優勢三針對不同的應用領域，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勢。核心優勢三 4.3應用展示目前史河科技產品應用主要集中在船舶、化工、火電、建筑四大市場，以技術模塊化、標桿運營化、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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