空中作业机器人都有哪些应用?
在之前的推文中,我们介绍了什么是空中作业机器人。大家知道了空中作业机器人是无人机和机械臂的结合体,一定很好奇空中作业机器人都有什么应用。写这篇文章的目的就是解答大家心中的疑惑。在回答大家的疑惑之前,首先给大家介绍一些背景知识,那就是什么是空中应用,它的类别是什么?再结合空中作业机器人的特点来讲一讲现有的空中作业机器人的应用。
01
空中应用分类
空中应用是指利用空基的设备完成一些特定的任务,这里的空基设备包括无人机和空中作业机器人等。如图 1所示,我们按照交互性强弱把现有的空中应用分为四类:无交互、弱交互、中交互和强交互。这四类的定义分别如下: 无交互是指和环境不存在接触等力交互,这类任务以感知环境为目标,对环境无改变。无交互应用主要包括消费级以及工业级航拍、巡线、监测、测绘等,在过去十年无交互应用是商业争夺最为激烈的领域。 弱交互是指无人机可影响改变环境状态但是不存在强的交互力。弱交互的应用主要包括农业植保、空中物流、飞行汽车。在过去五年和现在,这些领域都出现了激烈的竞争,并且在可以预见的时间内,市场会逐步整合。 中交互是指与环境有频繁的动作交互,其代表的应用包括近些年兴起的无人机消防、喷涂、恶意无人机追捕等。目前在中交互的应用,中小企业逐渐发展、行业落地不断深化。 强交互是指以改变环境状态为目标,与环境有很强的动作和力交互。其主要包含的应用包括高空建筑物接触式检测、安装、清洁等。从市场的角度来说,强交互具有广阔的前景,并且目前强交互相关的企业较少,还处于萌芽状态。
图 1 交互性强弱分类与应用对应关系
02
空中作业机器人特点
空中作业机器人是一种新型的机器人,其兼具无人机的快速空间移动能力和机械臂的精确操纵能力。简单的来说,可以将空中作业机器人看做是无人机和作业机构的结合。具有无人机和作业机构二重能力的空中作业机器人,可以拓展无人机的应用的场景,让无人机实现从"看"向"做"的跨越。
图 2 空中作业机器人
空中作业机器人相较于无人机最大的区别在于其具有精确的操纵能力和环境交互能力,因此空中作业机器人更适合那些交互性强的应用场景。
03
现有的空中作业机器人应用
从任务的角度上看,可以将空中作业机器人的应用分为接触式检测、清洁、喷涂、搬运和操作。
接触式检测
接触式检测的研究主要侧重于油气管道和桥面的研究,主要用于检测管道的裂纹和桥底的裂纹,便于相关设施的维护。接触式检测主要面向那些需要定期进行定期接触检修(如探伤、检查裂纹等)的场景。并且这些场景因为高度或者环境的特殊性,如果由人去完成,则会存在很大的安全风险并且检测的效率也很低。
图 3 接触式检测 (a)塞维利亚大学开发的油气管道检测机器人[1];(b)ETH开发的桥梁检测机器人[2]
清洗
关于清洗的研究主要集中在一些较为光滑的表面的清洗,比如墙面、玻璃和光伏电池,目前已经有国外创业公司(如西班牙的CleanDrone公司)从事空中清洗作业机器人方面的研究。
图 4 西班牙的CleanDrone公司将空中作业机器人应用于墙壁和光伏电池的清洗[3]
喷涂
关于喷涂的研究主要集中在墙面的喷涂和logo的喷涂。瑞士的Voliro公司已经在这个方向进行了一些研究,开发了一款用于墙面喷涂的空中作业机器人,其采用全驱动的飞行平台,可以更为灵活的实现喷涂。除此之外,ETH和迪士尼一起联合开发了用于喷涂绘画的空中喷涂机器人。从目前的效果上看,现有研究的喷涂还只能用于一些对精度要求低的场景,想要进一步扩展应用还需要提高喷涂作业的精度。
图 5 喷涂(a)瑞士的Voliro公司将空中作业机器人应用于喷涂墙面[4];(b)ETH和迪士尼开发的空中喷涂机器人[5]
搬运
关于空中作业机器人在搬运方面的研究工作最多。搬运可以分为简单搬运和特殊场景下的搬运,大部分的研究都主要集中在简单的搬运。针对无人机无法直接前往的复杂地形,塞维利亚大学的研究团队将机械臂通过一根缆索和无人机相连,获得的新型空中作业机器人可以在一些复杂地形下完成搬运任务。此外,还有一类特殊的搬运,把一些特殊的物品如传感器搬运到指定的位置。塞维利亚大学团队基于这种思路利用一个四旋翼无人机和一个单连杆机构开发了一款传感器部署机器人,可以实现传感器的部署与回收。
图 6 搬运 (a)塞维利亚大学利用空中作业机器人开发了一套远距离搬运系统[6];(b)西班牙塞维利亚大学的传感器部署机器人[7]
操纵
关于操纵的研究主要集中在按钮、阀门和门等物品的操纵上,这类应用充分利用了空中作业机器人的高精度操纵能力和物理交互能力。目前,这方面的应用吸引了大量研究者的目光。这方面的研究主要集中在如何提供足够的操纵力?如何实现相应的操纵?等等。
图 7 操纵 (a)ETH开发的拧阀门空中机器人[8];(b)首尔国立大学开发的开门机器人[9]
04
总结
空中作业机器人的特点是兼具无人机和作业机构的二重特性,使得其相较于传统无人机拥有更强的交互能力、更高的操纵精度、更高的可扩展性。这些特点可以让空中作业机器人去完成更多的任务,同时不同的任务对空中作业机器人也提出了不同的要求,这要求了空中作业机器人要依据任务来进行开发。
空中作业机器人是否具有商业价值呢?答案一定是肯定的,空中作业的优势是可以将人类从一些高危的工作中解放出来的,另外它也能提高生产或者维护的效率。但是,从目前的应用上来看,还有很多的技术问题需要进一步解决,离真正的落地且商业化应用还有一定的距离。
参考文献
[1] M. Á. Trujillo, J. R. Martínez-De Dios, C. Martín, A. Viguria, and A. Ollero, "Novel aerial manipulator for accurate and robust industrial NDT contact inspection: A new tool for the oil and gas inspection industry," Sensors (Switzerland), vol. 19, no. 6, 2019, doi: 10.3390/s19061305.
[2] K. Bodie et al., "An Omnidirectional Aerial Manipulation Platform for Contact-Based Inspection," 2019, doi: 10.15607/rss.2019.xv.019.
[3] Cleandrone. http://www.cleandrone.com/.
[4] Voliro. https://www.voliro.com/solution/.
[5] A. S. Vempati et al., "PaintCopter: An autonomous UAV for spray painting on three-dimensional surfaces," IEEE Robot. Autom. Lett., vol. 3, no. 4, pp. 2862–2869, 2018, doi: 10.1109/LRA.2018.2846278.
[6] Suárez A, Sanchez-Cuevas P, Fernandez M, et al. Lightweight and compliant long reach aerial manipulator for inspection operations[C]//2018 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS). IEEE, 2018: 6746-6752.
[7] S. Hamaza et al., "Sensor Installation and Retrieval Operations Using an Unmanned Aerial Manipulator," IEEE Robot. Autom. Lett., vol. 4, no. 3, pp. 2793–2800, 2019, doi: 10.1109/LRA.2019.2918448.
[8] H. Nguyen and K. Alexis, "Forceful Aerial Manipulation Based on an Aerial Robotic Chain: Hybrid Modeling and Control," IEEE Robot. Autom. Lett., vol. 6, no. 2, pp. 3711–3719, 2021, doi: 10.1109/LRA.2021.3064254.
[9] D. Lee, H. Seo, D. Kim, and H. J. Kim, "Aerial Manipulation using Model Predictive Control for Opening a Hinged Door," Proc. - IEEE Int. Conf. Robot. Autom., pp. 1237–1242, 2020, doi: 10.1109/ICRA40945.2020.9197524.
-END-
来源:空中机器人前沿
文章版权归属:曹华姿
本文转载自其他网站,不代表本公司观点和立场。如有图片文字内容异议,请及时联系我们!
智能生活 未来已来防汛救灾 保家卫民/福建盛泰无人机显身手服务地方经济 助力企业发展助力地方经济 服务企业发展共度时艰 共赢未来2019感谢有你 | 2020砥砺前行好男儿志在四方 军营报国 家乡创业天途无人机参加漳州市公安系统警用装备展迎友至 共前行"不忘初心、牢记使命"/生命不息 奋斗不止创业 需要坚定不移的意志和风雨同舟的战友庆祝漳州电协迎建国70周年联谊会胜利召开关爱退役军人 搭建创业平台携手同行,合作共赢
LVE型零泄漏真空热管换热装置通过专家鉴定日前,由龙净电除尘与脱硝事业部牵头与国家电投江西电力公司联合研发,并成功应用于景德镇电厂660MW低低温电除尘系统中的LVE型零泄漏真空热管换热装置通过专家鉴定。此次鉴定会由中国环
中国自动化集团流程工业自动化产业项目落户滨江2021年9月7日,中国自动化集团与杭州高新区(滨江)战略合作签约仪式在北京圆满举行。中国自动化集团董事局主席宣瑞国董事周政强及杭州高新区(滨江)党委副书记管委会主任区长李志龙,管
120万吨乙烯装置裂解气压缩机机组驱动用汽轮机单机试车成功9月28日晚上,镇海炼化试车间传来一阵欢呼声。由杭汽轮股份公司自主研发设计并制造,应用于镇海炼化年产120万吨乙烯装置裂解气压缩机机组驱动用汽轮机单机试车取得一次性圆满成功。镇海炼
新时达苏州办事处正式揭牌启用10月8日下午,新时达苏州办事处开业典礼在苏州南师大科技园隆重举行。此次苏州办事处的成立,预示着新时达在补强及拉通销售网络增强本地客户服务能力方面,将开启新的进程。新时达董事总经理
兰石在自动化集成钻机研制领域取得新突破近日,兰石装备公司钻机总装试验场起升了一台ZJ90DB自动化集成钻机,其机具设备及控制系统均采用创新设计,标志着装备公司向产品自动化智能化转型的路上迈出了坚实一步。不同于以往同级别
东方风电率先完成10MW级海上风电机组碳足迹分析近日,东方风电携手DNV(挪威船级社)率先完成国内首个10MW级海上机组碳足迹评估分析工作,为机组全价值链持续减碳,以提供更加清洁低碳的绿色电力,降低生命周期内每度电的碳足迹提供了
国内首个新型二氧化碳储能验证项目在东方汽轮机开工建造2021年10月22日,在东方电气集团东方汽轮机有限公司八角园区,由百穰新能源科技(深圳)有限公司东方汽轮机有限公司和西安交通大学能源与动力工程学院共同举行国内首个新型二氧化碳储能
领创智能产线正式交付湖南星邦智能工厂科技创新是引领发展的第一生产力,智能工厂是工厂的未来。在全球智能化的环境下,作为国内智能激光装备主导品牌,领创激光一直在探索新型工业模式的路上。前段时间,领创中标了湖南星邦智能工厂
广州进行第四次核酸检测近日广州市政府发文要在30日前完成第四轮全员核酸检测,全部解封就靠这次结果了。中午吃饭经过路边时,发现街道工作人员拿着喇叭在通知做核酸的地点人少可以现在过去做。根据指引步行一百米左
常见主板检测卡检测错误排障办法以及检测顺序开机检测顺序00或FF(基础自检(包括CPU供电))C0(CPU)C1(主内存)C4C5C6(扩展内存)2A(显卡)38(显示硬件配置基础信息)75(检查外部储存设备)85(进入B
世界首个非补燃压缩空气储能电站并网试验成功2021年9月30日,由东方汽轮机自主研发制造的国内首台压缩空气储能国家示范项目透平机组,在江苏省常州市金坛区盐穴压缩空气国家试验项目现场顺利实现冲转并网,向国家电网发出我国首个大