据了解，该机器人具有高可靠性、免跌落等特点，可以在-20℃~65℃环境下作业，速度高于0.5米/分钟，处理结果不仅符合超声、磁粉等无损检测作业要求，打磨效果还明显优于人工作业。截至去年年底，该机器人已获授权专利12项（其中发明专利5项），目前已在浙江物产化工、浙江鸿基、浙江众立等化工、储运等公司得到应用。从先后开展的10余台球罐打磨作业结果看，其打磨效率达到了人工的2~3倍。
“最大的难题就是作业环境极度恶劣。”特科院相关工作人员介绍，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。特别是炎炎夏日，球罐内部温度可达40℃以上，打磨工只能“日出而息、日落而作”。工作人员通过直径半米的“人孔”进入球罐，肩负安全绳攀爬在内部脚手架，在头灯下手工作业。
由于球罐多用于储存易燃易爆、有毒有害介质，打磨焊缝前需要进行置换、清洗和通风，使氧浓度达到作业条件。当球罐内残留的气相介质浓度达到爆炸极限时还可能发生爆炸。打磨过程中，角磨机还会扬起铁屑灰尘。因此，打磨工必须有丰富的经验和过硬的心理承压能力，在作业中时刻关注数据变化并采取措施。每打磨完成一个5000立方米的球罐，一名打磨工至少要在80分贝的环境声中劳作一周以上。然而目前从事打磨工作的工人平均年龄在55岁以上，劳动力紧缺。此外，人工打磨耗费时间长、成本高，需要在球罐内外部搭建脚手架，每台成本在20万元左右，前后需耗费一周，遇上打磨质量不过关的还需返工。
在此背景下，浙江省特科院2014年启动球罐打磨机器人的研究和应用，投入2900万元建设特种设备机器人智能检测技术研发中心。为了实现“不能掉、打得好”的目标，团队通过反复试验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，制造出了第一代原型机。
在第一代基础上，面对平面打磨头在曲面球罐中打磨效率低的难题，团队又在多次尝试后探索出独立悬挂、分段打磨的方式，通过3个镀铜铁丝刷以“品”字形排列达到立体浮动的效果，确保达到最合适的密度和柔性。这使机器人已基本能够在特殊环境下完成球罐焊缝打磨任务。
目前，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。
国内首款球罐爬壁打磨机器人来了！他们六年攻坚开启“机器换人”时代
鱼山岛，原本是一座人迹罕至的海岛。五年前，以打造“世界石化城”之名，总投资1730亿元的舟山绿色石化基地项目启动，这一世界上投资最大的单体产业项目将于今年建成投产。届时，浙江各类大型球罐的登记册上将新增200多台，总数达到600余台。如何保障球罐安全，对特种设备安全保障机构来说，不啻是一次全新的考验。
近日，记者从浙江省市场监管局了解到，浙江省特种设备科学研究院攻坚六年，成功研制出国内首款球罐爬壁打磨机器人，一场更人性、更效率、更科技的“机器换人”正在浙江发生。
人工打磨面临困境
在直径20米、几乎密闭的球罐内部工作，是一种怎样的光景？
这是一个平均年龄已超过55岁的职业群体——打磨工们通过直径半米的“人孔”进入球罐，肩负着重重的安全绳，攀爬在内部脚手架上，在头灯的照亮下手工作业，打磨焊缝，沉重的角磨机将铁屑灰尘扬起，周围铁屑如雪片飞舞。每完成一个5000立方的球罐，意味着一名打磨工至少已经在80分贝的环境声中，劳作了一周以上。
球罐是压力容器的一种，保障其安全一直是特种设备安全保障机构的重要任务。据省特科院科研所所长凌张伟博士介绍，由于球罐制造经由现场组焊而成，焊缝部位往往是容易发生裂纹和缺陷的薄弱环节，所以每三年左右就需要进行一次质量检测。为保证检测数据精准，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。
然而，球罐直径一般超过10米，5000立方米的球罐直径达21.2米。要在如此巨大的罐体内部进行长时间的打磨，难关重重。
人工打磨球罐的最大困境是作业环境极度恶劣，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。特别是炎炎夏日，球罐内部温度可达40度以上，打磨工只能“日出而息、日落而做”，连续工作时间有限，无形中增加停机时间和作业成本。
由于球罐多用于储存易燃易爆、有毒有害介质，打磨焊缝前需要进行置换、清洗和通风，使氧浓度达到作业条件。另外，当球罐内残留的危险介质浓度达到爆炸极限时还可能发生爆炸，打磨工必须有丰富的经验和过硬的心理承压能力，在作业中需要定期检测数据变化并采取措施。
“打磨工作的劳动强度很大，能坚持下来的人太少了。”省特科院科研所所长凌张伟博士感慨，长时间的打磨工作还可能对人体造成伤害，目前从事打磨工作的工人平均年龄在55岁以上，劳动力紧缺。
同时，人工作业需要在球罐内外部搭建脚手架，成本约二十万元，前后需耗费一周，时间长、费用高。遇上打磨质量不过关的，还需返工，延误工期。
在此背景下，企业和检验机构寻找机器替代品的需求日益强烈。
开启“机器换人”时代
2014年，在省局科技项目以及质量技术基础（NQI）项目等支持下，浙江省特科院在全国率先启动球罐打磨机器人的研究和应用，并开展特种设备机器人智能检测技术研发中心建设。
“一是不能掉，二是打得好。”这是特科院机器人研发团队面临的两大技术难题。永磁体吸附是爬壁机器人最通用的吸附技术，可以保证机器人不掉下来，但放在球罐打磨应用环境下有点特殊：焊缝余高约5mm，机器人在打磨时会产生很大的反作用力，并且进入球罐的人孔直径只有450-500mm，如果盲目加大磁铁，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，在第一代原型机的基础上研发了第二代试验机。
在第二代机器人的应用试验过程中，团队又发现了新的问题：焊缝两侧需打磨的路径宽度约300mm，固定打磨效率太低，球罐是曲面的，平面打磨头如何紧贴壁面，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。
多次尝试后，他们依然选择了机械打磨，并探索出分段打磨的方式，最终，三个打磨毛刷以“品”字形排列，达到立体浮动的效果。毛刷的材质、排列、结构也几经修改，确保达到最合适的密度和柔性，毛刷打磨质量和耐久度大幅提高。第三代工程机诞生了，机器人在特殊环境下已基本能够完成球罐焊缝打磨任务。
已具备产业化条件
用实践检验成果，在应用中寻找问题。
特科院机器人研发团队一边继续修改机器自重、吸附力等细节问题，一边带着第三代工程应用机向企业寻求应用合作。
2019年8月这天下午，省特科院科研所副所长缪存坚博士和同事，刚从浙江鸿基石化股份有限公司的高温球罐中爬出来，夏日的倾盆暴雨突然而至，“机器线还来不及拆，球罐外水已经漫起来了，机器人的控制箱电路部分存在进水风险，我们只能在大雨里抱着它尽量挡住。”缪存坚说。
现在，该机器人已经在浙江物产、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。作为国内首款球罐爬壁打磨机器人，它具有高可靠性、免跌落等特点，可以在-20℃到65℃环境下作业，打磨效果明显优于人工作业，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。截止2019年年底，该机器人共授权专利12项，其中发明专利5项、实用新型专利7项。
至此，第三代球罐打磨机器人已具备产业化条件。
目前，省特科院正在研究打磨机器人后续的系列化机器人，包括超声检测机器人和磁粉检测机器人等，一旦系列化、一条龙的机器人研制成功投入使用，大型承压设备的检验检测将迎来“机器换人”时代，产生巨大的经济和社会效益。
