工业生产和日常生活中充斥着高空作业的场景，如大型船舶的清洗除锈喷涂、火电锅炉的检测探伤维修等场景目前传统的解决方案是蜘蛛人、脚手架、吊篮作业和高空作业车，最终完成工作的都是工人。 高空作业具有高危、低效、高成本和低质量的特点，尤其是高危，我国每年因高空作业死亡的人数近千人，有意愿从事高空作业的工人越来越少，因此使用高空作业机器人替代人来执行作业是一个必然的趋势。 01 高空作业市场现状 截止到2019年，我国第三产业在国民经济中的占比持续超越第二产业，已高达53.9%，但同西方主要发达国家相比，还处于较低水平，未来仍有很大的增长潜力。 驱动第三产业发展的一个重要原因就是机器人应用的高速增长。据统计，2019年全球机器人市场规模达294.1亿美元，近五年年平均增长率为12.3%；相比同年中国机器人市场规模达86.8亿美元，近五年年平均增长率高达20.9%。 与此同时，我国和其他发达国家一样面临着人口老龄化和少子化，劳动力下滑的现状，产业结构需要持续的调整，也因此机器人与自动化必然成为全球趋势。假设未来全球机器人产业的年均增长率不低于10%，我们可以预测未来的产业规模。 机器人市场中长期预测 作为机器人应用领域的重要分支，什么是高空作业机器人呢？ 让我们先来看看什么是高空作业。所谓高空作业通常指的是高处作业，指人在一定位置为基准的高处进行的作业。国家标准GB/T 3608-2008《高处作业分级》规定：“凡在坠落高度基准面2m以上（含2m）有可能坠落的高处进行作业，都称为高处作业。” 高空作业常见的应用场景有化工罐清洁探伤、船舶除锈及水下附作物去除、楼宇外墙清洁及玻璃幕墙检测等。在这些应用中，传统的解决方案大多依赖于人工，如蜘蛛人、脚手架、高空作业车等。 传统高空作业方式 然而这些方案却有着严重的不足，主要体现在四个方面。 高危 2011年-2017年，高空作业死亡人数4766人，平均每年死亡680人。 低效 手脚架方案平均需4人完成单一任务，且搭建形式受环境限制多；高空作业平台作业高度有限，稳定性不足。 高成本 人工成本极高，脚手架单次搭拆费用在几十万至上百万不等，高空作业平台租赁价格大概是4万元/次。 低质量 人工作业质量分散，稳定性、及时性、准确率、环境适应性均难以保证。 02 高空作业技术分析 爬壁机器人是能够在垂直陡壁上进行作业的机器人，它是高空作业机器人中的一大门类，同时爬壁机器人是移动机器人领域的一个重要分支，它把地面移动机器人技术与吸附技术结合起来，大大的扩展了机器人的应用范围。 目前爬壁机器人主要是应用在核工业、石化、建筑、消防等行业。 2.1爬壁机器人的吸附方式 （1）磁力吸附式 磁吸附爬壁机器人是依靠磁力吸附于壁面，适用于导磁性材料构成的壁面。 磁力吸附分为永磁吸附和电磁吸附， 永磁吸附是通过在底部设计安装上永磁材料，形成磁力碗，然后很好的吸附在金属壁面的表面； 电磁吸附就利用了电生磁的原理，通过电流的磁场效应产生磁力吸附在壁面上。电磁吸附的方式虽然磁力可调，但是结构复杂，需要大体积的机器才可以带动， 因此现在常用的吸附方式就是永磁吸附，可以很好的在金属壁面上进行作业。 此外依据吸附元件是否接触吸附面又可分为接触式和非接触式。 接触式吸附，即磁铁直接接触吸附面。同理可知什么是非接触式吸附， 非接触式吸附可以使得机器人更加方便的在吸附面移动。 磁力吸附的方式大多应用在船舶、化工领域进行除锈、清洁等作业。 （2）负压吸附型 负压吸附型爬壁机器人可分为单负压仓和多负压仓。 负压吸附主要是把仓体内空气排空，使得内外产生大气压力差，外部大气压会压着机器人吸附在壁面上。 这种方法具有噪音小、易于小型化集成的优点，同时对壁面的光洁度及透气性要求较高，所以常适用于玻璃幕墙、太阳能光伏面板等环境。 （3）正压推进型 使用螺旋桨或者涵道风扇产生合适的推力，从而使机器人能够稳定可靠地贴附在壁面上。适用于桥梁、建筑领域。 （4）摩擦力抱撑 对于柱状结构的外壁，可采用外箍的方式；对于管状结构的内壁，可采用内撑的方式。适用于风电塔清洗、管道检测探伤等。 （5）壁虎仿生型 细型倒钩刺：极细小的倒钩刺，通过在粗糙壁面上“扣” 住凸缘实现爬壁； 微精细刚毛：大量的微精细刚毛保证了仿壁虎脚掌与接触面的充分接触，产生强大黏附力。常见应用在水泥壁面、砖石壁面等环境。 爬壁机器人吸附方式 2.2爬壁机器人的移动方式 （1）腿足式 基于新的机器人运动学，通过控制柔性脚足的步态实现在各种户外表面上的攀爬，如树木、杆子、灰泥、砖块等，代表为KOD实验室的RISE项目制作的爬壁机器人。 （2）车轮式 给轮式机器人加装两个可倾斜的推进器，其中的螺旋桨还可调节推力方向，从而使机器人实现从地面到墙壁的反复。常见的有VertiGo爬壁机器人。 （3）履带式 可以在垂直或倒置的表面爬行，通过远程遥控操作，可避免高危的化学或毒素环境。 （4）框架式 框架结构是一种比较平稳的结构。为了获取更大的吸附力，常采用多吸盘结构，增大机器人与壁面的接触面积。如Serbot机器人，在吸盘周边安装刷毛可实现清洁。 爬壁移动方式特点 03 高空作业机器人研究发展现状及未来趋势 3.1 研究发展现状 当前高空作业机器人常见的典型应用有：火电锅炉清洗探伤修复、船舶除锈、和化工打磨探伤焊接等。 在特种场景作业等工业领域，国内的企业和研究机构集中在史河科技、清华、中科院等；国外则有Gecko Robotics、CMU和MIT等。在外墙清洗与幕墙检测等民用领域，国内外的研究企业和机构有北航、新加坡南洋理工和Serbot等。 过去二三十年来，高空作业机器人的研发一直停留在研究所与高校，国内目前尚无高空作业机器人产业化方面的先例。 主要有以下三个原因： 场景复杂 针对不同场景的特殊需求，往往需要进行机器人的定制化设计，从而导致研发成本和研发周期居高不下。 功能不足 传统机器人样机尺寸较小，负载能力低，且主要针对平面场景设计，所以其应用场景非常局限。一般只能搭载摄像头等检查设备，且无法在风电、船舶、管道、化工等曲面场合应用。 效率偏低 特定场景下的功能模组与爬壁机器人本体集成后，过去均采用遥控方式操作整机，导致操作人员进入门槛较高，现场使用效率低下。 如何实现工业和民用领域推广？ 史河科技CTO王志超先生认为做爬壁机器人产品应该像中医一样，讲究望、闻、问、切、治五个步骤，其中望、闻两步主要是通过高清摄像机、无人机、嗅觉传感器等器件来实现。找到问题之后，使用爬壁机器人进行检测、探伤、修复，即问、切、治。当爬壁机器人具备这五步之后，相信一定可以全面应用于工业和民用领域。 爬壁机器人推广所需 3.2 未来发展趋势 随着技术的发展，高空作业机器人将朝以下三个方面发展： 曲面适应底盘 爬壁机器人底盘，可实现曲面适应，从而极大地拓宽了应用场景（风电、船舶、管道、化工等场景下的高空壁面均为空间异形曲面）。 模块化 吸附模组和行走模组等核心部件模块化、标准化，整机基于所需部件进行快速组装与集成，加速产品研发过程。 智能化 基于ROS系统，结合SLAM与AI技术，提高机器人自主移动与自动作业能力，尽可能降低人工参与的程度，从而简化对操作人员的要求，并大幅度提升作业质量和作业效率。 04 史河科技高空作业机器人的介绍及未来研究方向 针对行业传统的高危、低效和高成本痛点。史河科技通过柔性底盘适应曲面，可适度越障，提高负载能力；通过控制算法实现柔性底盘运动学逆解，SLAM及自主导航；对行走模组、吸附模组、功能模组等部件进行模块化设计。通过使用这些方式，史河科技提供了全套的高空作业方案，其中包括磁力吸附型、负压吸附型、模块化履带等。 4.1 产品介绍 产品一：应用于船舶/化工领域的除锈机器人RPP-MW-SRR RPP-MW-SRR 产品二：应用于船舶/化工领域的喷涂机器人RPP-MW-CS RPP-MW-CS 产品三：应用于化工罐的打磨机器人RPP-LW-CP RPP-LW-CP 产品四：应用于火电锅炉的检测机器人RPP-LW-TED RPP-LW-TED 产品五：应用于楼宇外墙的清洗机器人RPP-CP-BC（在研） RPP-CP-BC 4.2核心优势 核心技术优势一 大负载自重比与强曲面适应能力。大负载自重比主要是通过高功率密度电机驱动器、驱控传动一体化模组、驱控传动一体化模组及即时定位与自主导航控制器实现；强曲面适应能力通过力-磁耦合分析与优化设计、超强钕铁硼磁吸材料、阵列化磁场精准设计、壁面防滑轮胎/履带微观纹路以及分布式柔性铰链关节来实现。 核心优势一 核心技术优势二 智能机器人控制系统包含：SLAM，多传感器融合，自适应的避障，多点激光定位等，以此实现机器人的半自主和未来全自主的作业。 核心优势二 核心技术优势三 针对不同的应用领域，史河机器人在除锈工艺、检测工艺、打磨工艺、喷涂工艺方面具有独特的优势。 核心优势三 4.3应用展示 目前史河科技产品应用主要集中在船舶、化工、火电、建筑四大市场，以技术模块化、标杆运营化、市场全球化这“三板斧”打破特种机器人目前落地困难、销量少、需求不一、场景繁多的“痛病”！