工业机器人在化工行业中的应用

陈然

（潍坊市知识产权保护中心，山东 潍坊 261000）

0 引言

化工行业作为国民经济的支柱产业，其产品的制造不仅需要高温、高压的生产条件，而且排放的污染物也具有有毒、有害的特点，在加工、搬运和存储的过程中都存在危险。化工生产过程中的安全和污染问题一直是人们关注的焦点，从2014年昆山“8·2”工厂爆炸事故到2015年天津滨海新区“8·12”爆炸事故，整个社会谈“化”色变，而且，随着人口红利的消失，化工企业招聘越来越难，很多人对在化工企业工作的安全问题产生了很大的顾虑，用工荒开始困扰化工行业。

化工行业遇到的危机对于工业机器人行业来说，恰恰是一个巨大的机遇，甚至有专家预言，化工行业将成为工业机器人的“新蓝海”。当今工业机器人技术发展迅速，具有行走能力、多种感知能力、较强自适应能力和作业能力的机器人已经屡见报端。工业机器人在化工生产过程中的应用研究也逐渐成为不少科研院所和化工企业研究的热点，总体来看，其应用研究主要集中在化工生产过程和安全救援两个方面。

1 工业机器人在生产过程中的应用

化工原料、反应过程、产品的多样性决定了化工生产过程的复杂性，纵观纷杂众多的化工生产过程，原料的输送、反应、设备故障的检测以及危废的处理是化工生产的重要组成环节。

1.1 工业机器人在生产输送中的应用

在化工产品的加工、物料输送搬运以及存储过程中都存在着诸多高毒性、高危险性的风险。

青海五彩碱业有限公司将ABB专用堆垛机器人用于纯碱生产，并且从身处的高海拔、生产区换件条件恶劣等实际出发，对机器人进行故障分析，将机器人控制柜移入空调房间，周期性的用酒精清洗控制柜内的电路板，消除了低温原因机器人产生的各类故障，提高了机器人的使用效率和电气元件的使用寿命[1]。在电石的生产过程中，由于出炉工艺操作劳动强度大，环境恶劣，机械化程度低，中盐内蒙古化工电石厂引进了出炉机器人，通过对参数的不断调试，实现了出炉工艺与机械融合[2]。

化工原料在运输过程中容易滑落一直是个难题，林美娟致力化工原料防滑机器人的研究，先后研制出了两种不同的防滑化工原料运输机器人，一种通过在机器人行走过程中，同步将除油液喷洒在履带表面，对履带上粘附的油污进行快速清除，避免油污形成油膜，解决了履带打滑、飘移的问题[3]；另一种通过在履带内等距设置永磁块，与相对设置的滑塞中磁性材料同极相斥，在机器人行走的过程中，可以自动对履带表面油污进行清除，阻碍了油污在履带表面形成油膜，解决了化工原料因机器人行走打滑泼洒的问题，保障了运输安全[4]。对于容易挥发雾化的化工原料，其雾化气体不仅容易溢出，更容易对操作人员身体造成伤害，陈保柱对该问题进行深入研究，制成了一种化工生产用防雾化原料运输机器人，通过在保温筒的底部安装水平设置负压管和除雾箱，将除雾箱内盛装碱性溶液，利用惯性作用将挥发、雾化的酸雾抽吸至除雾箱内，解决了操作人员因打开上盖溢出飘散的酸雾的问题，也保护了操作人员免受酸雾的伤害[5]。电池生产一直也是一种高污染、高毒性的过程，朱永康等人研制出化成分容一体机，将上料机器人、下料机器人等有机结合，将化成、分容工艺合并，大大缩短了制程时间，简化了工艺流程，提高了生产效率，也最大程度的提高了设备的利用率[6]。

1.2 工业机器人在故障检测中的应用

石油石化天然气系统安全关系国民经济发展，任何“微不足道”的疏漏都可能带来巨大的连锁反应，对石油化工管道状态实时掌控，全方位高频次的检查维护、探测分析必不可少，孙东远等人开发出一种石油化工多维感知巡检机器人用激光光谱探测装置，通过将光电探测器吸收射向标的位置后反射回来的光束，将其转换成目标电信号，运用DSP微处理器将目标电信号与标的电信号进行运算处理，可以判断管道是否有甲烷气体泄漏，实现了远距离安全快速的气体检测[7]。

1.3 工业机器人在危废处理中的应用

化工生产过程中产生的危废具有高粘性、易燃易爆、高毒性等多种复杂特性，高效排出并进行处理一直是行业难题，国辰机器人团队自主研发了破桶倾倒及吨袋切割特种机器人系统，在高污染的恶劣环境中取代了人工作业，减少了有毒有害危险场所的人工参，实现了安全高效的处置废弃物。对于化工生产停车的管道清洗，张超等人针对核电、石油、化工、天然气等领域中较大管道内径和内径大小变化的管道清洗问题，开发出一种具有自适应功能的管道机器人支撑臂同步驱动装置，能够适应较大范围变化的管道内径，保障了管道清洗过程中机器人的平稳推进运动[8]。

2 工业机器人在安全救援中的应用

2.1 巡检机器人

巡检机器人是一种特种机器人，主要应用于变电站、园区、化工厂等环境的值班值守工作，化工厂或者化工园区由于安全环境复杂，成为巡检机器人应用的热门领域。陕西陆巡智能科技有限公司独立自主研发出了国内首款化工安监AI巡检机器人，目前该款机器人实验成功并投产，其可在预设范围内24小时全方位自主规划巡逻路径并定点停留执行安监巡检任务，实现了夜间红外探测、高温探测、易爆颗粒物检测、毒害气体监测、人脸识别、车牌识别、人体行为分析、表计读取、指示灯识别等功能，对人员、设备与环境进行实时数据监测，及时发现异常状况并报警。王其辉也研发出一种智能轮式巡检机器人，该机器人采用激光导航与北斗导航相结合的方式，集自动行走、自动避障、自动扫描、自动上传数据、自动充电、自动报警为一体，可全天候在化工厂区自主巡逻，通过热成像和高清摄像机技术，可及时发现温度异常、危险气体泄漏等情况[9]。

2.2 救援机器人

化工安全事故救援环境复杂，救援人员在事故现场往往面临很多困难，难以判断现场事故发展态势，北京化工大学曹政才等人通过深入研究，使用时空马尔可夫随机场的方法进行图片去雾处理，采用较稳定的基于特征点法的单目视觉SLAM方法融合IMU传感器数据进行危险化工事故中移动机器人的定位与建图，将该定位与建图方法用于搜救移动机器人，实现了在复杂危险化工事故现场进行定位和建图，一定程度上减弱了危险化学品爆炸等造成的光照和烟雾影响，提高了在危险的化工事故情况下机器人对环境的探索能力[10]。山东国泰科技有限公司岳仁兴等人研制出一种化工园区专用遥控履带式洗消灭火救援机器人系统，旨在机器人进入发生火灾的事故现场后，既能够灭火，又能够利用携带的夹持机构将易燃易爆物品及时搬出，避免更加严重爆炸的发生[11]。

3 结语

工业机器人除了在上述化工生产过程中的应用外，也为化工企业工作人员提供了一些人性化的服务，如化工安全服务机器人，通过人机交互、人像识别等技术，为化工企业工作人员提供了人脸识别、工作签到、安全问答、知识补充等人性化服务。总之，在科技高速发展的当下，化工行业作为高污染、高危险的国民经济支柱产业，如何广泛有效地利用工业机器人完成生产任务、保障生产安全值得每一个化工人深刻思考，怎样利用数据信息的互联互通实现安全、规范、有效的生产，如何更好地建设智慧工厂系统是我们应该不断深入研究的课题。