大型复杂立面维护机器人智能化作业技术及装备

近年来，我国石化、船舶、核电、火电等国民经济支柱产业发展呈现井喷态势，其很大程度上依赖于石化及放射物储罐、船舶、锅炉等核心装备的安全运营。定期对上述装备开展除锈、喷漆、检测等立面维护作业已成为保障其安全运营的重要举措，特别是船舶，需要长时间在海洋环境下航行，所以很容易发生结构锈蚀、海生物附着等问题，严重的话会影响船舶结构强度与运营安全，因此，需要定期对船舶各部位进行防腐、除海生物等作业。目前，国内外普遍采用人工的方式进行相关作业，不仅劳动强度大、工作环境差、检修效率低、经济成本高，而且对环境造成巨大破坏，并时常伴有安全事故发生。
  彼合彼方机器人（天津）有限公司针对这一应用场景，研发了多款适用于船舶行业的爬壁机器人，力求做到从船体外板至船舱内部，从船体立面至船体反底，从防腐作业到除海生物作业，全方位实现机器人自动化作业，降低安全风险，提高作业效率。
   面向大型复杂立面维护作业特种机器人国家重大工程应用需求，彼合彼方机器人（天津）近年来主要开展面向大型立面维护作业特种机器人领域相关关键技术的开发与应用研究。包括特种机器人机构与控制、立面移动机械臂规划与控制方法、机器人视觉、无线传感器网络、多源信息融合等研究方向。

公司依托河北工业大学特种机器人创新团队，在国家重点研发计划、国家自然科学基金、河北省科技计划等项目的资助下，系统突破了大型复杂立面维护作业特种机器人自主研发与集成应用关键技术，取得了多项技术与应用成果。

针对复杂变曲率立面机器人高负载高机动性要求，突破了复杂变曲率立面下机器人高可靠吸附技术、移动机构的曲面自适应和越障技术、柔顺驱动与位姿控制等关键技术，研制了适用多种任务载荷的多款高负载曲面自适应爬壁机器人本体，为石化、放射物储罐、船舶、锅炉、风/火/核电等领域的各类立面维护作业提供了高性能机器人移动平台。

针对大型立面维护作业的高效环保需求，系统开展了高效作业功能模块与智能工艺规划方法的研究，突破了多任务载荷下作业功能模块优化设计与污染物回收等关键技术，针对除锈、喷漆、检测、除海生物及辐射环境下清洗等作业任务，研制了多款即插即用作业模块及污染物回收模块，构建了面向多变表面特征的机器人作业工艺参数数据库，突破了基于表面轮廓识别与作业效果反馈的工艺参数动态调整等关键技术，解决了机器人作业工艺智能规划问题，提高了机器人立面维护作业效率。

针对大型复杂环境立面维护机器人作业中存在的安全问题，研究了基于立体视觉的立面局部特征三维重建与辨识，建立了机器人作业环境与状态智能感知方法和人-机-环境安全交互机制，突破了基于数字孪生的大型立面安全作业仿真和智能监控等关键技术，为立面作业机器人的智能作业和安全作业提供了保障。

项目成果现已于国内10余家石化、船舶、核电、快消等行业典型单位进行了成套应用及多工况工艺联合开发合作，有效打破了国外高端立面维护检修垄断局面，大幅节约了大型立面安全运维成本，显著延长了船舶、放射性储罐、风电塔筒等大型立面装备安全运营时长。