全国首款球罐爬壁打磨机器人问世 “机器换人”号角吹响

舟山鱼山岛上，一座现代化绿色石化基地正在崛起。作为浙江自贸试验区核心组成部分，这一世界上投资最大的单体产业项目，将于今年建成投产。而挑战和考验也随之而来——浙江各类大型球罐将新增200余台，总数达到600余台。如何才能保障如此庞大数量的球罐安全？

近日，记者从浙江省市场监管局了解到，省特种设备科学研究院（以下简称省特科院）攻坚六年后首战告捷：成功研制出国内首款球罐爬壁打磨机器人。而且，通过“实战”，机器人的表现让人惊艳，已经被不少单位“请”了过去。

一场更人性化、更高效率、更具科技感的“机器换人”变革，正在深刻地影响整个行业。

“机器换人”呼声日涨

其实早在6年前，省特科院就开始为未来“布局”。

▲ 百叶片,千叶轮,砂带,砂圈,切割片,磨片

省特科院科研所所长凌张伟博士介绍说，球罐焊缝部位容易发生裂纹和缺陷，每三年左右就需进行质量检测。为保证数据精准，检测过程对焊缝表面光洁度具有较高要求，打磨除锈是必不可少的前提工序。但人工打磨，难关重重，其中最难的就是作业环境极度恶劣。来看一组数据：球罐直径一般超过10米，像直径21.2米的球罐能达5000立方米。而每完成一个5000立方的球罐，需要一名打磨工在80分贝的环境声中劳作一周以上。

在密闭空间中，即便佩戴专业口罩、眼罩、身穿防护服，也无法阻挡铁屑从呼吸道侵入人体。而且，当球罐内残留的气相介质浓度达到极限时还可能引发爆炸，所以打磨工必须有丰富的经验和过硬的心理承压能力。而目前打磨工作者的平均年龄高于55岁，劳动力紧缺是不争的事实。

经济成本和时间成本也是大问题。凌张伟介绍，目前人工作业需要在球罐内外部搭建脚手架，成本约20万元，时间长、费用高。遇上打磨质量不过关的，还需返工，延误工期。

在这样的背景下，企业和检验机构寻找机器替代品的需求日益强烈。

攻克难题拿下专利

▲ 百叶片,千叶轮,砂带,砂圈,切割片,磨片

“一是不能掉，二是打得好。”这是机器人研发团队面临的两大技术难题。团队最先想到的爬壁机器人最通用的吸附技术——永磁体吸附。但放在球罐打磨应用环境下，问题很快来了：不能盲目加大磁铁，否则会增加机器人的体积和负载重量。通过反复试验，团队探索出特殊的磁桥和磁场布置方式，在吸附力与负载之间达到平衡，第一代原型机由此诞生。

然而在应用试验过程中，新问题又出现了：焊缝两侧需打磨的路径宽度约300mm，固定打磨或摆臂式打磨效率太低，球罐是曲面的，平面打磨头如何紧贴壁面的同时又不打磨过度？团队逐一尝试了高压水除锈、激光除锈等方法，但都存在打磨质量不高、易锈、成本高等缺陷。

团队没有放弃，又“回头”选择了机械打磨，并探索出独立悬挂、分段打磨的方式。最终，三个打磨毛刷以“品”字形排列，达到立体浮动的效果。而毛刷的材质、排列也几经修改，最终选用交叉排列的镀铜铁丝刷，以确保达到最合适的密度和柔性。

第二代试验机诞生了，机器人在特殊环境下已基本能够完成球罐焊缝打磨任务。

来看看国内首款爬壁打磨机器人的“功夫”：能在零下20℃到65℃环境下作业，速度高于0.5米/分，质量符合超声、磁粉等无损检测作业要求，在国内处于领先水平。截至2019年年底，这款机器人共授权专利12项，其中发明专利5项、实用新型专利7项。

▲ 百叶片,千叶轮,砂带,砂圈,切割片,磨片

完美表现还需要通过“实战”来验证。团队将目光投向了浙江鸿基石化股份有限公司。

作为对先进科技成果转化为生产力高度关注的企业，公司负责人一度将信将疑：“我们一直期待有这样一款机器人，但又觉得需要攻克的难点太多了，简直是不可完成的任务。”

但凭借多年的信任，公司决定出人出力出设备，主动配合球罐爬壁打磨机器人的工程测试。“要知道，万一机器人在操作过程中坠落，不仅机器人会损坏，更会砸伤球罐导致企业千万损失。但我们都对这款凝聚6年心血的机器人充满信心！” 凌张伟说。

第一次工程测试开始。和以往操作人员终日在罐中不同，如今技术人员出入球罐只需两次：一次放入机器人，一次拿出。期间，被设置好速度和力度的机器人，目标明确，马力全开。由于机器人自带摄像头，球罐中的情况、机器人自身每个举动以及每一道工序质量，都逃不过指挥人员的眼睛。测试证明：打磨效果明显优于人工作业，且安全可靠。

“太棒了，这正是我们梦寐以求的！”当场，公司负责人就与凌张伟定下约定：一旦机器人具备应用条件，他们第一时间合作。

▲ 百叶片,千叶轮,砂带,砂圈,切割片,磨片

目前，这款机器人已经在浙江物产化工、浙江鸿基、浙江众立等嘉兴、杭州等地区的化工、储运等公司得到应用，先后开展球罐打磨作业10余台，打磨效率是人工的2-3倍。

最新的第三代球罐打磨机器人也已具备产业化条件。特科院同时又开始研究包括超声检测机器人和磁粉检测机器人在内的系列化机器人，探索“一条龙”的机器人解决方案，为迎接大型承压设备检验检测“机器换人”时代打下基础。

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