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机械手臂提升高空作业安全
[作者 KUKA]   2022年07月20日 星期三 浏览人次: [6663]

经由集结机械手臂、电脑辅助影像处理系统和人工智慧优势的开发系统,能够为摩天大楼成功实现外墙窗户大面积玻璃帷幕自动化清洗。


Skyline Robotics公司实现了许多其他公司尝试过但未能完美实现的目标。在此之前的100多年,人们都是采以人工方式清洗摩天大楼的外墙。如今,来自特拉维夫(Tel Aviv)的Skyline Robotics为世界上的摩天大楼成功实现了外墙窗户清洗自动化,把每一扇窗户都擦好擦满。


Ozmo:集结机械手臂、电脑辅助影像处理系统和人工智慧的优势

Skyline Robotics 针对自动化清洗外墙开发了Ozmo系统,这套系统结合KUKA的KR AGILUS机器人和电脑辅助影像处理系统、人工智慧和机器学习技术。过去需要花费3至4个月的艰辛劳动工作,Ozmo可以不到一半的时间内自动完成。最重要的改善是该系统确保了作业安全,以KUKA机械手臂取代传统人工,不再需要安排人员在高空作业平台上工作。


一般而言,人工玻璃外墙的清洗作业通常需要3到4名员工:2个人负责在作业平台上沿着外墙执行清洗工作,1个人在大楼屋顶上,必要时地面上还需要第4名员工。若采用Ozmo配合KUKA机械手臂来清洗外墙,只需要1个工作人员在大楼屋顶,这名人员的任务是控制作业平台、电源、水源供给和起重机。在此期间,就由机器人来负责清洗玻璃外墙。


开发历时五年提升清洁效果

为了确保电源和水供应正常运作,Ozmo 经过精心设计,能够适应现有的建筑维护单元基础设施,使用建筑物本身的电力和水。作业平台中包含一块配备多个不同感应器和电脑的工作台。机器人手臂连同其雷射雷达视觉系统(Lidar;光成像、探测和测距以及使用雷射脉冲)就安装在此工作台上。该雷射雷达视觉系统采用第1级雷射,对人体不会造成伤害。一旦工作台被妥善固定於外墙清洗的作业平台中之後,系统就准备就绪了。


Skyline Robotics总经理暨营运长Ross Blum表示,Skyline团队在过去五年里致力於开发Ozmo专案清洗大楼外墙专案,克服各种技术障碍,整合所有重要元件和特性。其中包括KUKA AGILUS工业机器人和其程式设计,使机器人手臂在清洗窗户时能够模仿人类的动作。


建筑物清洗作业:如何让机械手臂看见、触碰和思考

Ross Blum以人类感官来解释Ozmo系统的运作原理和特性:「机器人手臂会与雷射雷达视觉系统进行通讯,使机器人手臂能『看见』,而安装在清洗刷末端的力扭矩感应器,则让机器人有了『触觉』。系统软体就是它的『大脑』,负责收集各个视觉系统和感应器的资料,用於以每秒约 200 次的频率持续修正轨迹规划,让整套系统沿着摩天大楼的玻璃外墙下降。」


这套解决方案的核心应用了KUKA AGILUS 防水型机器手臂,防水防尘等级达IP67,结合软体辅助的人工智慧,得以实现用於清洗玻璃外墙的目的。Skyline Robotics研发出一套能够将施力监测数据和其他变量回报给机器人的演算法,因此系统可以控制机器人应在建筑物玻璃上施加多少力量。


从耐风雨到世界级

窗户清洗机器人的作用范围为1.10公尺。根据Ross Blum表示:「Skyline选择KUKA的最主要因素之一,不仅是因为KUKA品牌以及其背後的世界级团队所享有的信用声誉,也因为 KR AGILUS 能够应付户外环境的严格考验,而大多数的竞争对手都失败了。」Blum 另外补充道,这些机器人符合防护等级 IP67,非常可靠,而且高度灵活的六轴设计也是影响 Skyline Robotics 决策的关键因素,因为 Ozmo系统也必须适应有些摩天大楼的现代化建筑设计和玻璃外墙的复杂几何形状。



图1 : KR AGILUS机器人的作用范围达1.10公尺,即使要清洗复杂立面的外墙也难不倒它。
图1 : KR AGILUS机器人的作用范围达1.10公尺,即使要清洗复杂立面的外墙也难不倒它。

小型机器人控制器带来更高自由度

Ozmo系统中采用的KUKA小型机器人控制器KR C5 micro,在满足全球作业平台对於不同重量限制方面,也扮演重要的角色。KR C5 micro重量仅9.8公斤,比同类型的控制器轻了16公斤,而且占用空间也大幅减少。因此,在一些情况下,即使有更严格的重量限制,Skyline Robotics仍可以在一个作业平台上装设多架KUKA AGILUS。「我们的目标是将机器人带出受控环境之外的领域中拿下主导地位。」Blum如此强调。



图2 : KR AGILUS窗户清洗机器人:这架小型机器人在清洁玻璃外墙的工作上应用非常灵活。
图2 : KR AGILUS窗户清洗机器人:这架小型机器人在清洁玻璃外墙的工作上应用非常灵活。

即使遇上阵风也不失平衡

在稳定平台方面,Ozmo利用KUKA AGILUS机器人对不稳定的作业平台施加反作用力。此时,机器人手臂会在建筑物窗户上固定停留多半秒钟,以防止作业平台摆动。根据Ross Blum的说法,Skyline Robotics是迄今第一家,同时也是目前唯一一家以这种方式成功使用机器人手臂的机器人技术公司。


长年经验为关键

「许多机器人技术公司都希??能打入外墙清洗自动化的市场」,Skyline Robotics董事长暨执行长Michael Brown强调:「但是这个商业领域非常复杂且牵涉到数学问题,尤其是在人工智慧和机器学习方面。你不能只是将一架机器人放到作业平台上,然後就认为大功告成。我们多年来长期与窗户清洗工人合作,为的是完善我们的系统,并且确保系统拥有适应多变环境所需的演算法。」



图3 : Ozmo能够看见、触碰和思考,这让窗户清洗机器人在外墙上的工作更容易。
图3 : Ozmo能够看见、触碰和思考,这让窗户清洗机器人在外墙上的工作更容易。

窗户清洗机器人的有力夥伴

Michael Brown同时指出,在开发Ozmo期间,合作夥伴关系也扮演了重要角色:Brown表示,「一旦我们在纽约市完成了所谓的概念验证阶段,我们希??能再次与KUKA会面,以讨论并了解我们能够如何利用他们的技术来优化或进一步改良我们的产品。对我们来说,与KUKA的合作是我们公司的成功关键之一。」


Skyline Robotics在概念验证阶段获得了广泛支援,成功完成一轮高达650万美元的融资。这一轮融资由Skyline Standard Holdings股控公司主导,另外,还有 Karcher New Venture GmbH、Gefen Capital和其他机构叁与,期??继续支持Skyline Robotics完成使命,为全世界的窗户清洗任务打造出一个更高效、更安全的工作环境。



图4 : 最高效率和优异清洗能力-让许多投资人也心服囗服。
图4 : 最高效率和优异清洗能力-让许多投资人也心服囗服。

Ozmo在纽约市顺利筹资

说到上述的概念验证阶段:Skyline Robotics在此阶段获得广泛支援,成功完成一轮高达650万美元的融资。这一轮融资由Skyline Standard Holdings股控公司主导,另外,还有 Karcher New Venture GmbH、Gefen Capital和其他机构叁与。Karcher New Ventures GmbH的企业风险投资负责人Patrick Nennewitz表示:「Karcher很乐意继续支持 Skyline Robotics完成使命,也就是为全世界的窗户清洗任务打造出一个更高效、更安全的工作环境」。


根据Nennewitz的说法,「Skyline利用机器人改造产业同时仍然创造工作机会的能力,是其他机器人技术公司应仿效的模式。现今建筑物越来越高,而劳动力却不断缩减,Skyline公司的成立有如必要的及时雨。」


**刊头图:自动化清洗大面积玻璃帷幕:摩天大楼的玻璃窗户过去以人工方式清洁,现在由窗户擦洗机器人逐扇洗净。(source:KUKA)


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