機械“蜘蛛俠”為高危倉儲去“血栓”

繩驅并聯式特種機器人在煤倉內作業。

　　國家能源集團寧煤廠區，一座座四五十米高、直徑二十余米的巨型儲煤筒倉靜靜矗立。近日，倉體內部，一臺繩驅并聯式特種機器人正以“吊威亞”的姿勢利用破碎機械手，將沉積十余年的頑固板結煤塊一點點擊碎。

　　依托“防爆激光雷達感知眼+AI智能分析大腦+繩驅破碎作業手”全流程智能閉環系統，機器人可進入煤倉深處，讓破碎后的煤塊順暢落料，逐步還原筒倉萬噸級原始倉儲容量。

　　這臺特種機器人由哈爾濱智兀科技有限公司（以下簡稱“智兀科技”）牽頭，聯合哈爾濱工業大學自主智能無人系統工業和信息化部重點實驗室、哈爾濱工業大學蘇州研究院、國家能源集團寧煤公司等多家單位共同研發，可為煤炭、糧食、化工、港口等高危倉儲安全鏟除“血栓”，破解困擾行業數十年的難題。

　　清堵訴求催生特種機器人

　　煤炭、糧食行業的專用儲存筒倉形似巨型收口罐體，倉體全封閉、不透氣。物料不斷入倉堆積，時間一長，煤粉與糧食粉料就會牢固粘附在豎直倉壁上。

　　智兀科技負責人韓碩向記者介紹，傳統儲倉先天存在探不清、清不了、風險高三大痛點。早年行業測算倉內儲量，只能依靠工人攀爬到數十米高的倉頂，放下重錘粗略估測。由于倉內物料高低起伏、大面積板結掛壁，人工估算誤差動輒超過10%。

　　特種機器人的研發源于客戶在使用智兀科技特種激光雷達設備時產生的進一步需求。這款雷達設備被固定在倉頂后，可通過激光掃描進行三維建模、還原倉內全貌，精準測算物料存量。通過這款設備，客戶發現花千萬元建好的萬噸煤倉，其倉壁長年附著四五千噸板結煤，它們占據了煤倉一半的空間。

　　特種激光雷達解決了“探不清”的難題，但如何清理板結煤的問題又擺在了眼前。“你們的雷達能把倉內看得一清二楚，那能不能順便把這些清不掉的掛壁積煤一并處理干凈？”客戶的這番發問，改變了公司的研發路線。

　　這些積煤就像人體血管里的血栓，使儲存筒倉的出料口不斷變小，最終可能導致生產線被迫頻繁停工，安全事故一觸即發。

　　然而，工人下倉處理板結煤風險極高，物料一旦突然坍塌，人會被瞬間掩埋。密閉倉體內部信號完全屏蔽，外面工作人員無法察覺倉內突發險情，而且煤倉內高濃度煤塵遇電火花極易爆炸，行業早已嚴控人工入倉。即便企業用水流沖刷板結煤，積水混合散煤極易引發潰倉，底部值守工人隨時會被傾瀉而下的煤流掩埋吞沒。

　　客戶的真實需求讓團隊下定決心：不能只做單一探測零部件，要打造集感知、分析、作業于一體的完整特種機器人系統，構建“眼—腦—手”協同作業閉環，從根源上杜絕工人涉險入倉。

　　航天靈感帶來繩驅并聯方案

　　密閉筒倉內部沒有任何硬質穩固的落腳支點，常見的輪式、足式（人形）機器人無處受力，無法開展清堵作業。

　　看著傳統設備全線“卡殼”，智兀科技團隊日夜苦思全新解決方案。韓碩在哈爾濱工業大學航天學院就讀期間，多次帶隊征戰各級科創大賽。一天，他梳理過往科研資料時，曾參與過的航天微重力模擬實驗平臺為特種機器人的設計帶來靈感：當年實驗室依靠多根繩索懸吊實驗艙體，通過動態調節繩索拉力，就能實現機器人全區域移動并且可以精準控制懸空構件的姿態。“能不能把這套思路挪到儲倉清堵場景里？”韓碩當即與團隊分享這個構想。

　　最終團隊敲定了獨樹一幟的繩驅并聯“吊威亞”方案：數根高強度耐磨特種鋼索牢牢錨固在筒倉頂部的結構邊沿，將整套破碎作業機頭懸空吊在倉腔內，并通過協同牽拉、收放，帶動破碎頭上下左右自由移動。

　　方案敲定后，全員立刻投入研發攻堅，繪圖、選型、加工零件同步推進，很快打磨出第一臺完整樣機。隨后，他們開啟了漫長的測試，直到這臺懸吊機器人完美完成全部預設動作，所有人都對成果落地充滿信心。

　　然而，當團隊于2025年10月帶著設備進駐國家能源集團寧煤廠區時，實驗室仿真完全預判不到的一系列現實難題卻接踵而至。

　　“實驗室樣機一旦投入煤灰彌漫、昏暗無光的真實煤倉環境，很容易全線失靈。可靠性與場景適配能力，成為研發道路上最難逾越的難關。”韓碩坦言。

　　團隊需要攻克的首個難題，是懸空工況下的破碎力度控制。倉壁上的板結煤堆積十余年，硬度堪比水泥。而倉內機器人全程由鋼索懸吊，沒有任何固定支撐點。機器人裝配的初代液壓執行器輸出功率有限，清理板結煤時力道如同撓癢。

　　“那段時間，團隊白天在倉區吊裝設備開展測試，深夜回到板房開會復盤，連軸轉是常態。”韓碩對當時的研發場景記憶猶新。結構設計方案先后推翻重來六次后，研發思路終于從“讓執行器更有勁”轉向“讓整機一起使勁”：機器末端以傾斜角度貼住板結面，整機自重不再是需要克服的負擔，而成為壓向倉壁的正壓力，隨后通過六根鋼索的張力實時再分配，疊加一個向下的牽拉分力。最終，兩股力合成“摳挖”式的剪切作用，這樣的設計既避開了液壓執行器的出力上限，也把作業反作用力約束在了安全邊界內。

　　團隊要解決的第二個難題是長距離繩索控制難題。倉體高度可達三十余米，鋼索放出后受重力作用自然下垂、形成弧形。如果僅依靠鋼索的放出長度來推算機器人的實際空間位置，會產生很大的定位誤差。與此同時，作業時還頻繁出現鋼索松弛、絞車卷盤亂繩等故障，而這些問題，在實驗室的短距離模擬測試中完全沒有暴露出來。

　　“我們連續一周反復觀測鋼索運動軌跡，記錄不同作業高度下的張力變化。”韓碩介紹，團隊重構整套運動控制程序，同時制定從上至下分層清堵的作業規范，依靠數十輪現場實操積累的場景數據修正操作程序，才徹底解決鋼索松弛、纏繞打結、定位偏移的問題。

　　除此之外，現場適配衍生出大量實驗室完全預判不到的細節問題。團隊在煤灰環境中反復試錯，歷經了18個月的現場迭代優化。如今這臺繩驅并聯式特種機器人形成了突出的行業優勢：多繩索牽引結構可覆蓋筒倉三十余米深度的全部作業空間，機器人能夠精準抵達倉壁任意位置，處理各處掛壁硬塊，破解了傳統機器人作業范圍受限的行業痛點。

　　全鏈布局百億級高危作業市場

　　有了“眼”和“手”，要實現“指哪清哪”的自主作業，還少不了一個“智能大腦”。早在2024年，團隊就成功利用人工智能系統自動識別板結位置、劃分作業區域。如今，智兀科技已經形成了“眼—腦—手”的全產業鏈布局。

　　“我們的產品分為三層，感知雷達是基礎，AI安全監測是大腦，繩驅并聯式特種機器人是執行終端。”韓碩介紹，目前企業“感知之眼”防爆雷達產品線已經完全實現市場化，2025年訂單額突破3000萬元，交付營收超千萬元；配套AI安全監測“智能大腦”，可10秒內識別物料坍塌風險；繩驅并聯式特種機器人已在寧煤順利完成十余年頑固板結物料破碎實測，距離標準化量產僅一步之遙。

　　放眼市場，國內密閉大宗倉儲存量市場規模數百億元，市面上同類機械化設備智能化程度極低。憑借這套繩驅一體化特種機器人的突出競爭優勢，智兀科技于今年6月順利完成首輪天使輪融資。

　　對于未來的發展藍圖，韓碩有著清晰的規劃：短期優化機器人自主作業邏輯，中長期打造云端遠程運維中臺，讓操作人員坐在辦公室終端，就能遠程監控全國各處倉體實時狀態，一鍵下達清倉、探測作業指令。