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智能悬浮臂

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它们能像蛇一样扭动,可以钻入对于人类来说过于狭窄或太过危险的地方。总部位于日本东京的HiBot公司推出一款性能强大的机械臂,将检测、维护和修理作业提升至全新高度。

在过去,工业设施、建筑物或桥梁在建造时并没有过多考虑之后的维护工作。因此,如今维护年久失修的建筑物不仅挑战性极高而且非常昂贵。然而,有了先进的MRO(维护、修理和大修)机器人,可以检测、检查或预测损坏情况,并且成本合理。如此一来,不仅可以延长重要基础设施的使用寿命,并且能防止发生故障和事故。HiBot公司首席执行官Michele Guarnieri解释说:“从根本上来说,我们正在拯救因维护工作错误而处于危险之中的生命。”这家公司本身的发展历史也表明,检测时的安全性也同样重要。

福岛应用


HiBot公司是从东京工业大学衍生出来的公司,他们继续与该校的广濑茂男教授合作,研发出一款工作范围极长的多肢机械臂,并于2016年在福岛第一核电厂退役时发挥了作用。在两周的时间内,这些移动式机器人在反应炉内部拍摄视频并收集3D数据。这座反应炉在2011年大海啸之后发生氢气爆炸而毁坏。于是,专家们通过实时发送上级指令,通过远程方式对核电厂进行了检查。任务中所取得的各种数据资料具有前所未有的详细程度,令人印象深刻,并且对于后续残余物清除工作的规划和控制有很大的助益。


由于放射性污染的原因,不可能派遣人员进行这项重要的工作。事实上,就连驱动装置和电子装置也必须配备防辐射保护,因而被包覆在机械手底部,从这一点也可以看出辐射水平有多高。

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多层式检测


基于福岛的应用,HiBot研发出修长轻巧的悬浮臂。与传统的笨重机械臂不同,这款机械臂可以很轻松地组装到不同的平台或吊车上,然后在狭窄空间内工作。它最长可达7.5米,设计灵巧有如人手的肌腱。此外,其独特的重量补偿概念也正在申请多项专利。


基本版本配备一架采用强大光学变焦镜头的检测摄影机、超声波探测头、3D传感器和多个沿机体分散安装的导航摄影机。视不同应用而定,这些装备可以替换成其他仪器,例如红外线摄影机或简单的维护工具。这表示悬浮臂也可以执行与检测相关的任务:从燃料箱的清洁或涂料作业到高架管线的超声波检测,或是压力容器的外观检查,都难不倒它。


通过多个传感器获得的数据可以协助导航定向(也可以半自主执行)以及建立资产的3D模型。这使得预先规划的检测任务更安全也更快速。

迈向两栖机器人


在航空领域,速度是特别重要的标准。Michele Guarnieri解释说:“目前我们正在为飞机的检测作业研发一款特殊的悬浮臂。无论是在机身、机翼燃料箱或是其他狭小空间内移动,相对于以往耗时的检测工具,这种检测臂都是成本效益极高的替代方案。”


其他工业领域对于高效可靠的检测设备的需求量也很高。首席执行官估计,到2024年,无损检测市场值每年将可达到126亿美元。举例来说,HiBot目前还在研发一款两栖机器人,专门用于例如浸水管线或锅炉管线。此外,这个目前共有30多名员工的专业团队,也正在试验一种非常细长的爬行检测器。Squid的设计旨在用于化工行业中只有50 mm的管线。

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HiBot也为飞机的检测作业研发了一款特殊的悬浮臂。

人工智能数据分析


由于即使是现代化工具也无法满足现今MRO的要求,因此需要通过一个智能平台来整合现场机器人和各种智能服务。HiBox允许用户视觉化显示、分析和处理检测结果数据,并利用机器学习来自主识别缺陷。然而,虚拟工具超越软件方面,提供与硬件无缝整合的可能性。结果是,自主导航、机器人健康监测和其他服务能够帮助用户充分善用机器人。HiBox既可以持续追踪检测到的数据,也可以比较通过不同检测过程获得的数据。这不仅可用于基础设施的预测性维护,也可以用来依状态需要监测机器人。


像这样的单一来源交钥匙系统加快了MRO的工作,创建的各种报告更是有助于实现最佳品质。Michele Guarnieri补充说:“通过集成越来越多智能工具,HiBox的机型也会逐步演化。”此外,东京机器人专家也即将针对机器人即服务 (Robot-as-a-Service) 推出商业版本,其中就包括全球实时支持。

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浮臂——利用影像和超声波传感器同步检测基础设施。

定位可多达16个轴


在使用蛇型机器人控制、SLAM或传感器整合等精密复杂技术的同时,HiBot在动力方面完全依赖maxon的驱动装置。maxon日本分公司的项目工程师Hiroshi Ito回忆道:“在进行测试的几年期间,HiBot团队对于maxon驱动装置的精确度、可靠性和广泛的产品范围深具信心。为了保证合理的作用范围和机动性,驱动装置(例如悬浮臂本身)必须轻巧紧凑,但同时也必须提供相当高的转矩。”视应用所需的作用范围而定,悬浮臂可由10到16个轴组成,这些轴都采用EC 9.2 flat、EC 20 flat、EC 32 flat和EC 45 flat等系列的无刷电机进行定位。


主要挑战之一,是必须将电子装置整合到框架中,并且不能影响其质量和平衡,只有这样,悬浮臂在运行时才不会受到限制。瑞士格言家Walter Fürst无意间说出的一句话,但在此却恰到好处:“可行性始于手臂的尽头。”而这当然指的是人类指挥官的手臂。

作者: Luca Meister

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