在之前的推文中，我們介紹了什么是空中作業(yè)機器人。大家知道了空中作業(yè)機器人是無人機和機械臂的結(jié)合體，一定很好奇空中作業(yè)機器人都有什么應(yīng)用。寫這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，首先給大家介紹一些背景知識，那就是什么是空中應(yīng)用，它的類別是什么？再結(jié)合空中作業(yè)機器人的特點來講一講現(xiàn)有的空中作業(yè)機器人的應(yīng)用。

01 空中應(yīng)用分類

空中應(yīng)用是指利用空基的設(shè)備完成一些特定的任務(wù)，這里的空基設(shè)備包括無人機和空中作業(yè)機器人等。如圖 1所示，我們按照交互性強弱把現(xiàn)有的空中應(yīng)用分為四類：無交互、弱交互、中交互和強交互。這四類的定義分別如下：

• 無交互是指和環(huán)境不存在接觸等力交互，這類任務(wù)以感知環(huán)境為目標(biāo)，對環(huán)境無改變。無交互應(yīng)用主要包括消費級以及工業(yè)級航拍、巡線、監(jiān)測、測繪等，在過去十年無交互應(yīng)用是商業(yè)爭奪最為激烈的領(lǐng)域。

• 弱交互是指無人機可影響改變環(huán)境狀態(tài)但是不存在強的交互力。弱交互的應(yīng)用主要包括農(nóng)業(yè)植保、空中物流、飛行汽車。在過去五年和現(xiàn)在，這些領(lǐng)域都出現(xiàn)了激烈的競爭，并且在可以預(yù)見的時間內(nèi)，市場會逐步整合。

• 中交互是指與環(huán)境有頻繁的動作交互，其代表的應(yīng)用包括近些年興起的無人機消防、噴涂、惡意無人機追捕等。目前在中交互的應(yīng)用，中小企業(yè)逐漸發(fā)展、行業(yè)落地不斷深化。

• 強交互是指以改變環(huán)境狀態(tài)為目標(biāo)，與環(huán)境有很強的動作和力交互。其主要包含的應(yīng)用包括高空建筑物接觸式檢測、安裝、清潔等。從市場的角度來說，強交互具有廣闊的前景，并且目前強交互相關(guān)的企業(yè)較少，還處于萌芽狀態(tài)。

02 空中作業(yè)機器人特點

空中作業(yè)機器人是一種新型的機器人，其兼具無人機的快速空間移動能力和機械臂的精確操縱能力。簡單的來說，可以將空中作業(yè)機器人看做是無人機和作業(yè)機構(gòu)的結(jié)合。具有無人機和作業(yè)機構(gòu)二重能力的空中作業(yè)機器人，可以拓展無人機的應(yīng)用的場景，讓無人機實現(xiàn)從“看”向“做”的跨越。

空中作業(yè)機器人相較于無人機最大的區(qū)別在于其具有精確的操縱能力和環(huán)境交互能力，因此空中作業(yè)機器人更適合那些交互性強的應(yīng)用場景。

03 現(xiàn)有的空中作業(yè)機器人應(yīng)用

從任務(wù)的角度上看，可以將空中作業(yè)機器人的應(yīng)用分為接觸式檢測、清潔、噴涂、搬運和操作。

▌接觸式檢測

接觸式檢測的研究主要側(cè)重于油氣管道和橋面的研究，主要用于檢測管道的裂紋和橋底的裂紋，便于相關(guān)設(shè)施的維護。接觸式檢測主要面向那些需要定期進行定期接觸檢修（如探傷、檢查裂紋等）的場景。并且這些場景因為高度或者環(huán)境的特殊性，如果由人去完成，則會存在很大的安全風(fēng)險并且檢測的效率也很低。

▌清洗

關(guān)于清洗的研究主要集中在一些較為光滑的表面的清洗，比如墻面、玻璃和光伏電池，目前已經(jīng)有國外創(chuàng)業(yè)公司（如西班牙的CleanDrone公司）從事空中清洗作業(yè)機器人方面的研究。

▌噴涂

關(guān)于噴涂的研究主要集中在墻面的噴涂和logo的噴涂。瑞士的Voliro公司已經(jīng)在這個方向進行了一些研究，開發(fā)了一款用于墻面噴涂的空中作業(yè)機器人，其采用全驅(qū)動的飛行平臺，可以更為靈活的實現(xiàn)噴涂。除此之外，ETH和迪士尼一起聯(lián)合開發(fā)了用于噴涂繪畫的空中噴涂機器人。從目前的效果上看，現(xiàn)有研究的噴涂還只能用于一些對精度要求低的場景，想要進一步擴展應(yīng)用還需要提高噴涂作業(yè)的精度。

▌搬運

關(guān)于空中作業(yè)機器人在搬運方面的研究工作最多。搬運可以分為簡單搬運和特殊場景下的搬運，大部分的研究都主要集中在簡單的搬運。針對無人機無法直接前往的復(fù)雜地形，塞維利亞大學(xué)的研究團隊將機械臂通過一根纜索和無人機相連，獲得的新型空中作業(yè)機器人可以在一些復(fù)雜地形下完成搬運任務(wù)。此外，還有一類特殊的搬運，把一些特殊的物品如傳感器搬運到指定的位置。塞維利亞大學(xué)團隊基于這種思路利用一個四旋翼無人機和一個單連桿機構(gòu)開發(fā)了一款傳感器部署機器人，可以實現(xiàn)傳感器的部署與回收。

▌操縱

關(guān)于操縱的研究主要集中在按鈕、閥門和門等物品的操縱上，這類應(yīng)用充分利用了空中作業(yè)機器人的高精度操縱能力和物理交互能力。目前，這方面的應(yīng)用吸引了大量研究者的目光。這方面的研究主要集中在如何提供足夠的操縱力？如何實現(xiàn)相應(yīng)的操縱？等等。

04 總結(jié)

空中作業(yè)機器人的特點是兼具無人機和作業(yè)機構(gòu)的二重特性，使得其相較于傳統(tǒng)無人機擁有更強的交互能力、更高的操縱精度、更高的可擴展性。這些特點可以讓空中作業(yè)機器人去完成更多的任務(wù)，同時不同的任務(wù)對空中作業(yè)機器人也提出了不同的要求，這要求了空中作業(yè)機器人要依據(jù)任務(wù)來進行開發(fā)。

空中作業(yè)機器人是否具有商業(yè)價值呢？答案一定是肯定的，空中作業(yè)的優(yōu)勢是可以將人類從一些高危的工作中解放出來的，另外它也能提高生產(chǎn)或者維護的效率。但是，從目前的應(yīng)用上來看，還有很多的技術(shù)問題需要進一步解決，離真正的落地且商業(yè)化應(yīng)用還有一定的距離。

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本文共2180字

由西湖大學(xué)智能無人系統(tǒng)實驗室博士后曹華姿原創(chuàng)

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