彼合彼方：特种机器人解决高危极限作业难题

ROBOT INDUSTRY

近年来，特种机器人整体性能不断提升，在极端环境和危险任务中的操作能力显著增强，以爬壁机器人为代表的特种机器人正逐渐替代人类，成为执行危险任务的重要力量。

如何高效安全地清洗、维护油罐与船舶等设备的大型金属立面，是全世界智能装备制造领域深度关注的问 题。该领域技术门槛高，应用场景高危，工作环境对人体健康有害，迫切需要特种装备以实现“清洁保养”自动化。

彼合彼方机器人（天津）有限公司（以下简称“彼合彼方”）成立于2020年11月，是一家提供特种机器人及整体解决方案的科技公司，致力于极限环境作业领域特种机器人关键技术及装备的研发。

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永磁吸附解决立面作业难题

专注于大型立面维护作业的机器人，面临技术与工艺难题，彼合彼方针对石化、船舶、桥梁、风电、核电等高风险极限行业所面临的挑战，提出了一套“机器人+智能系统”的综合解决方案，旨在通过机器人与人类的协作，共同承担繁重的工作。

确保机器人在立面作业中的可靠性和安全性是最大的挑战。机器人在立面作业时是否会意外坠落，以及作业的安全性能否得到保障，是必须优先考虑的问题。 此外，立面具有大量焊缝，如何帮助机器人应对不规则曲面、过渡表面、立面折角等，都是需要解决的技术难题。

图1 彼合彼方机器人进行船舶外板除锈（右上）、储罐外壁喷漆（左上）、船舶外板拉毛（左下）、船舶外板无气喷涂作业（右下）

在国家“863”计划“面向大型立面维护的作业机器人关键技术研究与应用示范”的基础上，彼合彼方开发了应用于爬壁机器人的永磁吸附技术。在工业领域，立面作业主要包括防腐处理和检测任务，作业流程大多涉及金属立面，最适合应用磁吸附技术。这些金属立面主要服务于船舶制造、船舶维修，以及石化储罐的运维保养，还包括风电塔筒和快消品行业等。

在断电等极端情况下，永磁吸附技术能保证机器人不会坠落。永磁吸附技术的另一个显著优势在于，它不会对金属表面造成损害，这一点在高端船舶和精细化工领域尤为关键。同时，由于磁力系统相对简单，机器人的维护和故障排除也变得更加容易。这些因素共同推动了磁吸附技术成为立面作业的首选。此外，彼合彼方还根据实际部署情况，对磁力分布进行了优化，以确保机器人能够平稳移动。即使在曲面和折角等复杂结构上，机器人也能保持高效稳定的作业效率。

彼合彼方创始人张明路指出，公司已经成功实现了立面作业机器人2:1的动态负载自重比。这一技术的应用，使机器人在执行高空作业时，移动更为灵活，减少对立面的冲击和磨损，并能够搭载更多工具和材料，提升作业效率。

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行得直、走得稳、定得准

二维平面可以利用多种信息源，例如GPS和北斗卫星信号，导航相对简单。然而，在三维立面环境下，这些卫星信号往往无法使用。在进行立面作业时，工作人员通常会面临高温、高湿或低温等户外极端条件，必须确保机器人导航定位模块稳定可靠。彼合彼方独立研发了专门用于立面作业的软硬件一体化定位导航模块。为了保障作业的安全灵活，在立面作业时，机器人通过人工操作实现一键启动、一键停止，以及在危急情况下执行急停操作。

图2 彼合彼方爬壁机器人进行实地测试

彼合彼方自主研发了被动自适应技术，使机器人能够灵活适应各种曲面。基于独特的本体构型设计，爬壁机器人有自由度变形和非自由度变形两种模式，得以适应不同曲率的曲面。为了在单位体积重量下实现磁力的最大化，彼合彼方对机器人的磁路进行了精心设计和优化，确保其能够满足大多数应用场景的需求。

彼合彼方开发的应用于爬壁机器人的补偿算法，能够在机器人穿越焊缝时，通过增加振动的阻尼系数来减少颠簸的影响，确保机器人能够平稳通过并实现高质量、高稳定性的漆料喷涂。在设计上，该机器人追求小型化、轻量化和便携性，同时确保功能的全面性、作业的高效性，以及作业对象的多样性。

图3 彼合彼方参与2024新加坡亚太船舶海事展

彼合彼方已实现从芯片、电路板到防水电机等关键部件的国产化，自主研发了包括防腐作业机器人、除锈机器人、喷漆机器人、清洗机器人、检测机器人在内的多种机器人产品，为石化、船舶、电力、日化等多个行业的用户提供多样化的解决方案。

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即插即用，工艺数据库带来新变革

当前，我国船舶修造产业在全球范围内已占有相当份额，金属立面作业领域的需求正显著增长。此外，石化储罐的建设及保养作业，为立面作业机器人市场带来巨大的增长潜力。

金属立面作业的核心任务涵盖了除锈、喷漆、拉毛、防护和检测等多个方面。彼合彼方将传统的人工作业技术转化为机器人可以应用的工艺库，形成“机主人辅”的智能化作业模式，为机器人完成清洁、除锈、喷漆、检测、打磨、抛光等一系列高质量工作提供了有力支持。其中，“机器换人”并不仅仅是简单地将机器人引入工作场所，而是要实现传统施工技术与机器人技术的深度融合。彼合彼方将工艺数据库与模块化本体设计相结合，实现了“即插即用”。模块化设计使得机器人能够轻松应对各种复杂需求，并在施工过程中实现快速响应，缩短维修时间。以喷漆模块为例，若需更换为拉毛或除锈模块，只需将相应的机械模块插入即可，控制系统将自动调用喷漆工艺参数，与机器人运控参数结合，共同确保喷涂漆膜的厚度、平整度等关键指标。

图4 彼合彼方参与2024CPEM智慧风电大会

团体标准对于促进行业发展至关重要。目前，立面作业机器人领域尚未确立统一的标准体系。彼合彼方正在筹备制定立面作业标准中的拉毛作业标准，计划以拉毛作业为起点，逐步扩展至喷漆、除锈等其他相关作业领域。

国家推出多项政策推动特种机器人产业的发展。2024年3 月，工业和信息化部等七部门联合发布的《推动工业领域设备更新实施方案》指出，以危险作业岗位无人化为目标，实施“机械化换人、自动化减人”和“机器人替人”工程，加大安全技术和装备推广应用力度。随着人工智能、机器视觉、无线通信等技术的持续发展，特种机器人的功能和性能得到了显著增强。

图5 彼合彼方参与2024世界智能产业博览会

特种机器人行业正处于技术创新活跃、产品应用深度拓展的发展机遇期。尽管国外在特种机器人领域的发展起步较早，但国内厂商正在加速追赶，不断提升自主研发能力，在一些以爬壁机器人为代表的细分领域，国内产品已有充足实力替代进口产品。彼合彼方正以技术创新为发力点，不断推动爬壁机器人向“好用、实用、放心用、省心用”的方向发展。

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