爬壁机器人能源工业应用与发展

爬壁机器人能源工业应用与发展

摘要：本文对爬壁机器人在能源工业的应用进行分析，对爬壁机器人关键技术与发展进行研究，并提出其工业应用研发技术路线发展建议。

关键词：爬壁机器人，能源工业

1 爬壁机器人工业应用

1.1 定义

爬壁机器人[1]是一种可以在各式各样壁面上攀爬、携带作业工具及附属设备并完成特定作业的移动机器人，主要代替人从事危险、繁重的现场作业，无须安装脚手架，可提高作业效率、提升作业质量并保障作业安全。其工业应用主要包括：

检查与检测：包括电厂设备、输电电缆、管道、石化储罐、船舶、海洋平台、桥梁等设施的检查和无损检测等；

材料加工：包括石化储罐、船舶、海洋石油平台等的切割、焊接、打磨、喷涂等；

维护：包括船舶、飞机等的除锈以及高层建筑物的清洗等；

其他：包括货物运输、救援、公共安全等。

1.2 能源行业应用

1.2.1 应用需求

本节重点对以能源转化为核心应用的爬壁机器人需求进行分析。其中，电厂外部主要包括资源运输以及电力输送设备，资源运输涉及的设施包括船舶、管道、火车、储罐等，电力输送涉及的设施包括电缆等；发电设备主要包括锅炉、汽轮机、发电机、核岛装备、风机等。

能源变化过程涉及的主要设备往往是大型设备，其特征是“重、大、结构复杂”，很多制造环节还是手工作业，有时还必须在现场作业，这其中又以焊接作业最为典型，此类部件是实现制造自动化的瓶颈。

为提升制造水平、提高生产效率与质量，迫切要求实现大型结构件焊接等作业的自动化。但是，传统的工业机器人或专用自动化装备由于在移动灵活性和柔性（智能）等方面受局限，很难在这种场合应用，故迫切需要新的解决方案。解决这一问题的思路之一是采用比工件更大的自动化系统，但这种自动化系统的成本很高且适用的产品种类有限，因此，此类大型自动化系统竞争力较弱。爬壁机器人可在工件表面全方位移动并能适应不同种类的工件，在作业灵活性和柔性等方面具备很大的优势且成本相对较低，因此其在大型钢结构件的焊接（包括切割）、喷涂、无损检测等作业中具有广阔的应用前景。

另一方面，能源设备往往都是重要的基础设施，一般均需要定期检修。以大型发电设备检修为例，这些设施的检修或者需要撘脚手架、或者需要把检修对象拆下来在车间内进行检修，这造成检修周期长。如果能够免除搭、拆脚手架或者拆卸安装检修对象的工序，能在现场完成检修，这可以减小非必须的辅助工序时间（拆卸、安装、调试等），会产生巨大的经济效益。另外，在某些场合下，由于环境的限制（如放射性的场所、高空），工人进行检修作业存在巨大的安全隐患。而由各式各样的爬壁机器人进行上述检修作业，不仅可以缩短检修周期、提高检修

作业效率，也可以提升作业质量和保障作业安全。因此，从上述角度来说，爬壁机器人在此类检修作业中应用前景广阔。

综上所述，爬壁机器人在能源转化涉及的海洋石油平台、船舶、管道、储罐以及大型发电设备等设施的制造（或建造）以及在役检修维护方面具有很大的市场潜力。

1.2.2 应用现状

本节重点对已经工业化应用或生产的典型机器人产品进行介绍。

1）Alstom Inspection Robotics

该公司由Alstom（瑞士）和Swiss Federal Institute of Technology于2006年合资成立，致力开发适用于电厂、化工以及石化工业设施自主检测的机器人产品。目前已开

发出系列检查机器人，主要有：

A） Alstom模块化大表面检测机器人

该机器人自重12 kg，尺寸为410mm×45mm×410mm，负载能力

10kg，如图1（a）所示。机器人采用磁轮吸附（可跨越10mm高的障碍物），远程控制，可自主跟踪焊缝以及特定的轮廓，具有自主防碰能力，可集成8-16通道超声检测仪以及4通道涡流检测仪、摄像头以及水枪等工具，并具备检测数据自动记录与自主创建缺陷分布图功能，可用于船舶、大型储罐与容器、压力水管以及风机塔架等大型表面的检查。

B） Alstom小型四轮检测机器人

Alstom小型四轮检测机器人，采用永磁吸附方式（间隙吸附），可携带超声等检测仪器，具备数据自动记录和处理功能，远程控制，如图1（b）所示，可用于转子等规则零部件的无损检测。

C） Alstom Magnebike检测机器人

Alstom Magnebike机器人自重3.5kg，尺寸180mm× 130mm×

220mm ，如图1（c）所示。机器人采用磁轮吸附、自行车运动机构，具备很强的壁面适应能力，可用于汽轮机蒸汽室等复杂结构的现场检测。

D）Alstom定子检测机器人

该机器人高度仅有9mm，轴向采用磁轮驱动，周向采用“蠕动“方式移动，适用于定子在役检测，如图1（d）所示。

图1 Alstom 系列检测机器人

2）GE Energy

A）GE管道检测机器人

GE开发了适用于6-30英寸（15.2-76.2cm）管道检测的系列机器人，如图2（a）所示。机器人采用有缆方式供电和传输数据，可在弯道（1.5倍管子直径）内行走，可携带视觉、超声检测等工具，最大行驶距离1000英尺（约300m），可用于核电站、油气运输、精炼厂等管道的检测。

B）GE Magic定子检测机器人