生銹和海生物附著是遠(yuǎn)洋船舶面臨的常見(jiàn)問(wèn)題，需要定期清除船板上的鐵銹、廢舊油漆、附著海生物，以保證船舶的良好工作狀態(tài)。傳統(tǒng)的人工清除屬于典型的勞動(dòng)密集型作業(yè)，且存在一些難以克服的弊端，比如高空作業(yè)難度大易出現(xiàn)人身傷害，噴砂作業(yè)污染環(huán)境且危害人身健康，相關(guān)用人成本逐年陡增且招工難等。
針對(duì)這些難題，近日，浙江大學(xué)朱世強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)研制的除銹爬壁機(jī)器人，成功在浙江省舟山市的金海船務(wù)公司交付使用。據(jù)介紹，這臺(tái)除銹爬壁機(jī)器人的自重72kg、掛載能力超過(guò)100kg，利用超過(guò)200兆帕斯卡的超高壓水射流除銹（油漆），并利用真空負(fù)壓同步將廢水從船板表面抽到收集設(shè)備，從而避免含有鐵銹和舊油漆的廢水直接流到大海中而造成污染。團(tuán)隊(duì)技術(shù)骨干、浙江大學(xué)海洋學(xué)院教師宋偉介紹，在滿足SA2.5除銹等級(jí)的要求下，這臺(tái)機(jī)器人的最大作業(yè)效率81平方/小時(shí)、平均作業(yè)效率40平方/小時(shí)。
這臺(tái)除銹爬壁機(jī)器人是朱世強(qiáng)團(tuán)隊(duì)基于10多年的特種機(jī)器人和流體動(dòng)力技術(shù)的研究積累，在長(zhǎng)達(dá)2年、4代機(jī)型的測(cè)試和實(shí)船試驗(yàn)完成了相關(guān)研制與實(shí)際應(yīng)用工作。該團(tuán)隊(duì)先后突破了單面強(qiáng)吸附永磁組件設(shè)計(jì)、大負(fù)載爬壁機(jī)器人輕量化設(shè)計(jì)、超高壓水射流噴嘴空間分布優(yōu)化、曲面自適應(yīng)真空廢水回收等關(guān)鍵技術(shù)。
宋偉介紹，這臺(tái)機(jī)器人首先要解決的是質(zhì)量與磁性的矛盾，設(shè)計(jì)一款質(zhì)量輕、吸附力大的磁鐵。“我們通過(guò)磁回路和磁鐵組件尺寸的優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決了磁鐵的問(wèn)題?！彼蝹フf(shuō)，“還通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，促進(jìn)整體機(jī)器人輕量化，便于人工搬運(yùn)?！?/p>
爬壁機(jī)器人在船表面的吸附原理比較簡(jiǎn)單，但實(shí)際應(yīng)用卻要面臨十分復(fù)雜的情況。不同的船型、焊接與涂裝工藝，以及海水對(duì)油漆的沖刷程度，都會(huì)影響爬壁機(jī)器人的工作性能。朱世強(qiáng)團(tuán)隊(duì)遇到過(guò)一條越南散貨船，焊縫做得很高，一不小心就會(huì)卡住?！斑@些凸起和曲面會(huì)影響真空密封效果，從而削弱真空回收的能力。因此，需要在真空回收區(qū)域設(shè)計(jì)密封裝置，該密封裝置同時(shí)要能適應(yīng)凸起和曲面，從而保證真空回收效果。”宋偉說(shuō)。
浙江舟山是我國(guó)重要的船舶修造基地和石化儲(chǔ)運(yùn)基地。除了船舶，該款機(jī)器人還可以用于石化儲(chǔ)罐的壁面維護(hù)。目前，舟山擁有石化儲(chǔ)罐近3000萬(wàn)立方，當(dāng)相關(guān)原油儲(chǔ)備基地建成后，儲(chǔ)罐容量將達(dá)上億立方。這對(duì)于浙江大學(xué)的這款除銹爬壁機(jī)器人來(lái)說(shuō)，大有用武之地，可以很好地支撐舟山當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)，也將在實(shí)際應(yīng)用中積累更多經(jīng)驗(yàn)，得到快速地升級(jí)成長(zhǎng)。
宋偉介紹，更大負(fù)載能力、更高作業(yè)效率的機(jī)型已在樣機(jī)裝配階段，水陸兩棲機(jī)型將在今年底完成樣機(jī)研制。依托浙江大學(xué)多學(xué)科優(yōu)勢(shì)，未來(lái)除銹爬壁機(jī)器人還將加入更多人工智能技術(shù)，通過(guò)基于多傳感器信息融合，能夠檢測(cè)清洗的效果，進(jìn)而規(guī)劃自己的路徑、優(yōu)化系統(tǒng)作業(yè)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)作業(yè)效率最優(yōu)化?！芭辣跈C(jī)器人作業(yè)過(guò)程就像刷油漆一樣，相鄰兩道清洗痕跡重疊得越少，作業(yè)效率越高。同時(shí)，不同的油漆牌號(hào)和涂裝工藝，又需要爬行速度、水壓、噴嘴轉(zhuǎn)速等系統(tǒng)參數(shù)能夠根據(jù)實(shí)際清洗效果來(lái)自動(dòng)調(diào)整與優(yōu)化，這樣對(duì)作業(yè)效率的提高也是很有必要的。我們希望通過(guò)人工智能技術(shù)的應(yīng)用，充分發(fā)揮機(jī)器人的潛能，把平均效率做進(jìn)一步的提升。”宋偉說(shuō)。
目前，該團(tuán)隊(duì)已申請(qǐng)相關(guān)專利近20項(xiàng)，獲得了地方政府、投資機(jī)構(gòu)的資金支持，即將開(kāi)展知識(shí)成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化。
（柯溢能）
