工業(yè)機器人在化工行業(yè)中的應用

陳然

（濰坊市知識產權保護中心，山東 濰坊 261000）

0 引言

化工行業(yè)作為國民經濟的支柱產業(yè)，其產品的制造不僅需要高溫、高壓的生產條件，而且排放的污染物也具有有毒、有害的特點，在加工、搬運和存儲的過程中都存在危險?；どa過程中的安全和污染問題一直是人們關注的焦點，從2014年昆山“8·2”工廠爆炸事故到2015年天津濱海新區(qū)“8·12”爆炸事故，整個社會談“化”色變，而且，隨著人口紅利的消失，化工企業(yè)招聘越來越難，很多人對在化工企業(yè)工作的安全問題產生了很大的顧慮，用工荒開始困擾化工行業(yè)。

化工行業(yè)遇到的危機對于工業(yè)機器人行業(yè)來說，恰恰是一個巨大的機遇，甚至有專家預言，化工行業(yè)將成為工業(yè)機器人的“新藍海”。當今工業(yè)機器人技術發(fā)展迅速，具有行走能力、多種感知能力、較強自適應能力和作業(yè)能力的機器人已經屢見報端。工業(yè)機器人在化工生產過程中的應用研究也逐漸成為不少科研院所和化工企業(yè)研究的熱點，總體來看，其應用研究主要集中在化工生產過程和安全救援兩個方面。

1 工業(yè)機器人在生產過程中的應用

化工原料、反應過程、產品的多樣性決定了化工生產過程的復雜性，縱觀紛雜眾多的化工生產過程，原料的輸送、反應、設備故障的檢測以及危廢的處理是化工生產的重要組成環(huán)節(jié)。

1.1 工業(yè)機器人在生產輸送中的應用

在化工產品的加工、物料輸送搬運以及存儲過程中都存在著諸多高毒性、高危險性的風險。

青海五彩堿業(yè)有限公司將ABB專用堆垛機器人用于純堿生產，并且從身處的高海拔、生產區(qū)換件條件惡劣等實際出發(fā)，對機器人進行故障分析，將機器人控制柜移入空調房間，周期性的用酒精清洗控制柜內的電路板，消除了低溫原因機器人產生的各類故障，提高了機器人的使用效率和電氣元件的使用壽命[1]。在電石的生產過程中，由于出爐工藝操作勞動強度大，環(huán)境惡劣，機械化程度低，中鹽內蒙古化工電石廠引進了出爐機器人，通過對參數(shù)的不斷調試，實現(xiàn)了出爐工藝與機械融合[2]。

化工原料在運輸過程中容易滑落一直是個難題，林美娟致力化工原料防滑機器人的研究，先后研制出了兩種不同的防滑化工原料運輸機器人，一種通過在機器人行走過程中，同步將除油液噴灑在履帶表面，對履帶上粘附的油污進行快速清除，避免油污形成油膜，解決了履帶打滑、飄移的問題[3]；另一種通過在履帶內等距設置永磁塊，與相對設置的滑塞中磁性材料同極相斥，在機器人行走的過程中，可以自動對履帶表面油污進行清除，阻礙了油污在履帶表面形成油膜，解決了化工原料因機器人行走打滑潑灑的問題，保障了運輸安全[4]。對于容易揮發(fā)霧化的化工原料，其霧化氣體不僅容易溢出，更容易對操作人員身體造成傷害，陳保柱對該問題進行深入研究，制成了一種化工生產用防霧化原料運輸機器人，通過在保溫筒的底部安裝水平設置負壓管和除霧箱，將除霧箱內盛裝堿性溶液，利用慣性作用將揮發(fā)、霧化的酸霧抽吸至除霧箱內，解決了操作人員因打開上蓋溢出飄散的酸霧的問題，也保護了操作人員免受酸霧的傷害[5]。電池生產一直也是一種高污染、高毒性的過程，朱永康等人研制出化成分容一體機，將上料機器人、下料機器人等有機結合，將化成、分容工藝合并，大大縮短了制程時間，簡化了工藝流程，提高了生產效率，也最大程度的提高了設備的利用率[6]。

1.2 工業(yè)機器人在故障檢測中的應用

石油石化天然氣系統(tǒng)安全關系國民經濟發(fā)展，任何“微不足道”的疏漏都可能帶來巨大的連鎖反應，對石油化工管道狀態(tài)實時掌控，全方位高頻次的檢查維護、探測分析必不可少，孫東遠等人開發(fā)出一種石油化工多維感知巡檢機器人用激光光譜探測裝置，通過將光電探測器吸收射向標的位置后反射回來的光束，將其轉換成目標電信號，運用DSP微處理器將目標電信號與標的電信號進行運算處理，可以判斷管道是否有甲烷氣體泄漏，實現(xiàn)了遠距離安全快速的氣體檢測[7]。

1.3 工業(yè)機器人在危廢處理中的應用

化工生產過程中產生的危廢具有高粘性、易燃易爆、高毒性等多種復雜特性，高效排出并進行處理一直是行業(yè)難題，國辰機器人團隊自主研發(fā)了破桶傾倒及噸袋切割特種機器人系統(tǒng)，在高污染的惡劣環(huán)境中取代了人工作業(yè)，減少了有毒有害危險場所的人工參，實現(xiàn)了安全高效的處置廢棄物。對于化工生產停車的管道清洗，張超等人針對核電、石油、化工、天然氣等領域中較大管道內徑和內徑大小變化的管道清洗問題，開發(fā)出一種具有自適應功能的管道機器人支撐臂同步驅動裝置，能夠適應較大范圍變化的管道內徑，保障了管道清洗過程中機器人的平穩(wěn)推進運動[8]。

2 工業(yè)機器人在安全救援中的應用

2.1 巡檢機器人

巡檢機器人是一種特種機器人，主要應用于變電站、園區(qū)、化工廠等環(huán)境的值班值守工作，化工廠或者化工園區(qū)由于安全環(huán)境復雜，成為巡檢機器人應用的熱門領域。陜西陸巡智能科技有限公司獨立自主研發(fā)出了國內首款化工安監(jiān)AI巡檢機器人，目前該款機器人實驗成功并投產，其可在預設范圍內24小時全方位自主規(guī)劃巡邏路徑并定點停留執(zhí)行安監(jiān)巡檢任務，實現(xiàn)了夜間紅外探測、高溫探測、易爆顆粒物檢測、毒害氣體監(jiān)測、人臉識別、車牌識別、人體行為分析、表計讀取、指示燈識別等功能，對人員、設備與環(huán)境進行實時數(shù)據(jù)監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)異常狀況并報警。王其輝也研發(fā)出一種智能輪式巡檢機器人，該機器人采用激光導航與北斗導航相結合的方式，集自動行走、自動避障、自動掃描、自動上傳數(shù)據(jù)、自動充電、自動報警為一體，可全天候在化工廠區(qū)自主巡邏，通過熱成像和高清攝像機技術，可及時發(fā)現(xiàn)溫度異常、危險氣體泄漏等情況[9]。

2.2 救援機器人

化工安全事故救援環(huán)境復雜，救援人員在事故現(xiàn)場往往面臨很多困難，難以判斷現(xiàn)場事故發(fā)展態(tài)勢，北京化工大學曹政才等人通過深入研究，使用時空馬爾可夫隨機場的方法進行圖片去霧處理，采用較穩(wěn)定的基于特征點法的單目視覺SLAM方法融合IMU傳感器數(shù)據(jù)進行危險化工事故中移動機器人的定位與建圖，將該定位與建圖方法用于搜救移動機器人，實現(xiàn)了在復雜危險化工事故現(xiàn)場進行定位和建圖，一定程度上減弱了危險化學品爆炸等造成的光照和煙霧影響，提高了在危險的化工事故情況下機器人對環(huán)境的探索能力[10]。山東國泰科技有限公司岳仁興等人研制出一種化工園區(qū)專用遙控履帶式洗消滅火救援機器人系統(tǒng)，旨在機器人進入發(fā)生火災的事故現(xiàn)場后，既能夠滅火，又能夠利用攜帶的夾持機構將易燃易爆物品及時搬出，避免更加嚴重爆炸的發(fā)生[11]。

3 結語

工業(yè)機器人除了在上述化工生產過程中的應用外，也為化工企業(yè)工作人員提供了一些人性化的服務，如化工安全服務機器人，通過人機交互、人像識別等技術，為化工企業(yè)工作人員提供了人臉識別、工作簽到、安全問答、知識補充等人性化服務。總之，在科技高速發(fā)展的當下，化工行業(yè)作為高污染、高危險的國民經濟支柱產業(yè)，如何廣泛有效地利用工業(yè)機器人完成生產任務、保障生產安全值得每一個化工人深刻思考，怎樣利用數(shù)據(jù)信息的互聯(lián)互通實現(xiàn)安全、規(guī)范、有效的生產，如何更好地建設智慧工廠系統(tǒng)是我們應該不斷深入研究的課題。