机器人在地下深处挖掘，寻找新的深度

在陆地上，小型爬行机器人负责修复城市街道下的煤气管道，蛇形机器人则是人类无法触及的石油和天然气作业深处的眼睛。Sarcos机器人公司的Guardian S机器人可以进入狭小的空间，探索难以到达的地方。它可以克服崎岖不平的地形，甚至可以抵抗重力。这种蛇形ROV被设计用来检查人类不能或不应该进入的区域。

Guardian S机器人用于石油和天然气资产的预调试检查，它可以高效、轻松地寻找从碎片到结构完整性的所有问题。还可以添加其他传感器，包括不同类型的气体传感、辐射探测以及其他与环境相关的和态势感知传感器。

蛇机器人可以在数英里外进行远程操作，可以可靠地穿越具有挑战性的地形，包括楼梯、涵洞、管道、坦克，甚至可以在没有缆绳的情况下爬上铁磁垂直表面。锂离子电池提供电力。这款机器人很小，不到4英尺长，轻便便携。

“我们的操作人员有时会把它扛在肩上，带到任何需要使用它的地方。密闭空间检查是这台机器的特点之一。它可以穿过直径只有8英寸的开口，”Sarcos机器人公司董事长兼首席执行官本·沃尔夫说。

机电整合开拓者

Sarcos总部位于盐湖城，80年代初从犹他大学(University of Utah)分离出来，推出了第一个电动义肢。这本书成了全世界的畅销书。

沃尔夫说:“这次经历让我们的团队对人类如何与机器交互有了深入的了解。”“这是我们进军微机电系统以及与人类操作员协同工作能力的开始。”

早期关于义肢的知识使该公司致力于机械臂和人形机器人的研究。Sarcos有一个完整的部门，为著名的主题公园制造先进的人形机器人和恐龙。

2007年，雷神公司收购了该业务，并将机器人部门的重点放在美国军事应用上。2015年，Sarcos从雷神公司脱离出来，成为一个独立的财团，并将重点从研发和定制开发转向机器人产品公司。“守护者”系列产品，包括蛇机器人和首个由电池供电的全身外骨骼，由雷声公司与美国国防高级研究计划局(DARPA)合作发展而来。

如今，Sarcos是一家拥有员工多数股权的小型企业，投资者包括卡特彼勒(Caterpillar)、通用电气(GE Ventures)、微软(Microsoft)和斯伦贝谢(Schlumberger)。沃尔夫说，无论你是穿着Sarcos产品，还是远程操作Sarcos产品，它都是关于人体增强的。人类安全是一个关键因素。

“我们的使命是拯救生命，防止伤害，同时提高生产力。以今天的科技水平，人们没有理由再以现在的速度受伤。”

他说，他们最近一次与Guardian S合作是在液化天然气管道投入使用前检查管道内的碎屑。该机器人还经常用于发电厂锅炉的垂直检查，以及石油和天然气生产附属的其他任务。

沃尔夫说:“机器人有足够的牵引力，可以在狭窄的空间里拉电缆，所以它既是一种检查工具，也是进入难以触及的地方的工作工具。”“Guardian S机器人由电子元件、电机和变速箱组成，所以它本质上并不安全。它不适合在高浓度可燃气体的区域工作。”

该系统采用了数字孪生技术。传感器会告诉你机器人的配置，它所感知的地形，以及它的反应是否正确。Guardian S操作员控制单元(OCU)是一款坚固耐用的平板电脑，它可以让你在远处无线管理机器，查看数字双胞胎，以及机器人通过4K摄像头看到的东西。

沃尔夫说:“数字双胞胎是机器运行方式的精确复制品，因此它可以让你了解你通过摄像头看到的内容的背景，以及机器本身是否按照你预期的方式做出反应。”

蛇形机器人直接向客户销售，或向分销合作伙伴销售，这些合作伙伴提供短期或长期租赁或租赁系统。客户包括石油和天然气，发电和一般工业制造公司，这些公司需要以尽可能少的侵入性方式对区域进行检查。

可穿戴式重型起重机器人

Sarcos公司的外骨骼卫士XO也可以帮助石油和天然气工人做一些更艰苦的工作。

Wolff说:“当你观察油气行业以及公司的日常运营时，你会发现油气行业与其他行业有很多共同点。“我们在石油和天然气领域的客户有仓储和物流应用，制造和配套业务，以及一般的建筑业务。因此，无论是移动重型组件，还是操作相对较大的组件，我们都设计了XO来解决各种行业中所有不同类型的应用。O&G也不例外。”

Guardian XO可穿戴机器人能够重复举起和支撑200磅的重物。根据该公司的说法，无论你天生的举重能力如何，机器都会补偿你。它可以在30秒内穿上和脱下，需要有限的训练才能熟练使用。

沃尔夫说:“无论你是年轻还是年老，是大是小，你都能举起200磅，而对身体没有压力或压力。”“在钻机的起落过程中，当你想到今天人类所做的组装管道到井下的工作时，我们认为这是一个机会，我们可以通过减轻人类的负荷来增加显著的价值，特别是在招聘一直是个挑战的行业中。”

酸油油田的机器人包层

随着石油越来越难找到，石油行业需要挖得更深。随着它们深入，它们会遇到含有更多杂质的原油。含硫杂质较高的原油被认为是“酸性原油”。含硫油井给基础设施和设备以及负责维护机器的工人带来了更大的压力。

目前，活跃的海上石油钻井平台数量正在下降，但技术在进步。在休斯顿的ARC Specialties公司，他们致力于为行业问题开发解决方案。

“油田的活动水平与石油价格成正比。因此，当油价升至每桶100美元左右时，人们就会突然有动力去开采原本难以开采的石油，”ARC创始人兼总裁丹•奥尔福德(Dan Allford)表示。“这需要我们的技术。”

与酸油接触的管道和阀门需要内表面涂上低铁镍基合金，以避免灾难性的氢引起的开裂故障。但这些水下区块是巨大的钢块，在某些情况下，它们是3 x 4 x 6英尺，并且它们被穿孔，以支持各种通道和阀门。然而，每个内表面和腔必须覆盖涂层。这就是ARC的焊接专业知识和坚持不懈的回报。

ARC开发了一种名为ARC-5 Infinity的交钥匙机器人焊接系统。这个无限旋转机器人包层系统使用了一个六轴工业机器人，配备了第七轴，ARC的无限旋转头部。它可以连续360度旋转焊枪，因此您可以沿着任何轴覆盖复杂的内孔，而不需要任何部件旋转。

奥尔福德说:“当你可以旋转一个20磅重的火炬时，旋转一个2万磅重的零件就没有意义了。”“这就是机器人的工作。”

这些部分有多个交叉点，不同的圆柱形腔相遇。想象一下，试图焊接所有这些交叉点，它们可能在一个直径2英寸的洞下3或4英尺处。整个部分被预热到至少400华氏度。

“人类不可能做到，”奥尔福德说。“这就是为什么我们把这些系统卖到印度和劳动力成本非常低的地方。如果一个人无法进入一个2英寸深的洞，那么你的劳动力成本再低也无济于事。”

复杂的事情还不止于此。所有的表面都需要两层薄薄的涂层。与油接触的第二层必须含有低于5%的铁，以避免氢引起的开裂。

“每个表面都要做两次。第一，尽量减少稀释，第二，有一些冗余。”“如果没有这个过程，你很快就会遭遇灾难性的失败。氢脆是一种危险的东西。”

对于大型复杂部件具有无限的灵活性

采用热丝钨极气体电弧焊(GTAW/HW)工艺产生焊层。为了弥补TIG喷枪的低生产率，ARC使用热丝来增加沉积和减少稀释。沉积速度可达每小时8磅。

这增加了过程的复杂性，你不想打破弧线。因为每一次电弧停止和启动都有更高的缺陷可能性。这就是系统的无限旋转头(或第7轴)至关重要的地方。

“仅靠机器人是做不到的，因为它只能旋转最后一个轴大约两圈，然后你就必须停止火炬，向另一个方向松开它，然后重新开始。但我们正在进行成百上千次的革命。”

机器人在运动控制方面提供了绝对的灵活性，但ARC的专有编程软件带来了魔力。

“我们不写任何一行机器人代码，”奥尔福德说。“我们只是向机器人发送指令，就像在数控机床上做的那样。我们实际上在ARC-5控制器中生成了所有这些轨迹然后我们告诉机器人该做什么。我们每隔几毫秒就会直接向FANUC机器人发送运动指令。”

该系统完全不使用机器人教学吊坠。ARC使用他们自己优化的教学吊坠来控制所有七个轴。操作员所要做的就是教出四个水平点，剩下的就由软件来做了。

“你教4分，就能得200分。我们能够优化软件，使其非常友好，”奥尔福德说。

Allford表示，随着海底组件变得越来越复杂，ARC-5 Infinity系统将变得必不可少。

“我们只是想保持领先。石油行业就是这样充满活力的。我们甚至没有技术来处理我们正在发现的石油储量的超高温和高压。但石油行业总能找到办法。”

Tanya M. Anandan是特约编辑机器人工业协会(RIA)和机器人在线．RIA是一个非营利性的行业协会，致力于通过机器人技术和相关自动化来提高北美制造业和服务业的区域、国家和全球竞争力。这篇文章最初出现在RIA网站上．RIA是CFE媒体内容合作伙伴推进自动化协会(A3)的一部分。

原始内容可以在www.robotics.org．

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