SNC Lavalin (是一家位于蒙特利爾的加拿大公司)的核工業機器人技術主管 Christian Pilon 探討了在核工業中將機器人與遠程控制和數字孿生技術集成的機會。

上圖：Spot 是一個四足機器人

在機器人技術和自動化領域有一句眾所周知的說法，如果一項任務“骯臟、乏味或危險”，那么它應該是自動化的。有時會將“困難”和“親愛的”添加到列表中。核工業中有很多任務屬于這五類之一，但機器人的使用仍然相對較少。

核設施是機器人面臨的最具挑戰性的環境之一，具有高輻射水平、有限的訪問權限和缺乏自動化基礎設施。所有這些操作風險正是應該使用機器人的原因——以盡量減少對人類的風險。然而，在核設施上使用的技術必須處于高度的準備和穩健水平，而這一要求通常會阻止采用新興技術的實驗。

我們如何克服這些障礙，釋放機器人在核領??域的潛力?

從其他領域汲取靈感

在汽車、電子和包裝等其他行業，機器人并不是新興技術。機器人通常擅長在結構良好的環境中執行重復性任務，例如汽車工廠的生產線。當環境可預測時，對于諸如物料搬運或機器照料等任務，機器人需要有限的智能來完成其工作，而當產量很高時，自動化和機器人技術通常具有良好的商業案例。

隨著其他行業生產成本的增加和機器人價格的下降，其他行業也開始尋求機器人來解決他們的挑戰。航空航天就是一個很好的例子。與汽車行業相比，產量相對較低，制造過程的復雜性較高，但仍有大量應用需要自動化。這可能是出于安全考慮(避免重復操作);質量(有時手動過程無法滿足精度和公差要求)或成本效率。農業是機器人進入的另一個具有挑戰性、結構較少的環境的例子。十年前，采摘水果不會被認為是一種可實現的應用。

核工業對機器人實施的挑戰可能是獨一無二的，但解決方案和技術不一定如此，這就是為什么考慮其他行業如何擁抱機器人技術是有意義的。

支持在核領域部署機器人

為了讓機器人在具有挑戰性的條件下運行，他們的技術提高了感知能力和與環境交互的能力。雖然機器人技術的標準方法一直是改變流程以簡化自動化——使環境適應機器??人——但這在核工業中并不總是可行的。擁有能夠適應世界的機器人變得越來越重要，而不是相反。

機器人如何感知環境的一個常見例子是使用相機和機器視覺。近年來，將機器學習與更大處理能力相結合的相機和算法成本降低，產生了可能有利于核能的新功能。在電子商務履行中心，一些機器人現在使用低成本的 3D 視覺傳感器和人工智能來準備消費品訂單。如果該技術能夠適應這種具有挑戰性的環境，這種識別和選擇不同形狀和外觀物體的能力可以應用于核廢料分離。

在力控制方面也取得了進展，為機器人提供了觸覺。機械創新也可以提供幫助，例如自適應機器人抓手，它可以抓取形狀和大小不同的物體，而無需依賴復雜的傳感器和軟件。

人機協作的進步將促進未來機器人的部署，特別是當我們使用機器人技術來降低風險和提高勞動力安全時。

例如，協作機器人是一種旨在安全部署在人周圍的機器人，具有碰撞檢測和力限制等功能。在部署任何機器人之前，始終需要進行完整的安全風險評估，但在適當的條件下，這些機器人可以在沒有安全圍欄的情況下與操作員一起工作。在核設施上，這可以轉化為機器人進行檢查和測量，而不會干擾現場人員進行正常操作。

與傳統工業機器人相比，協作機器人通常會犧牲速度和有效載荷，但可能具有支持直觀操作和編程的功能。安全設備也可以與機器人配對，以使人與機器人之間的協作或合作更容易。例如，可以對安全掃描儀進行編程，以在有人進入警告區時限制機器人的速度，并在有人進入危險區時停止機器人。

將這些技術轉化為實際應用是了解機器人如何以不同方式提高安全性和生產力的有用方法。

以下是我們的機器人團隊如何探索多種應用的示例：

機器人數據采集

從性能監測到預測性維護和數字雙胞胎的開發，數據收集對于核電站的安全運行和通知應用程序都越來越重要。這些數據包括放射測量、圖像采集和 3D 掃描，這些都是機器人可以代替人類完成的任務。

這樣做有兩個主要好處。首先，它降低了風險，因為它避免了將人員送入危險區域。如果需要在非特征化的環境中收集數據，那么首先派機器人來評估風險并適當地計劃進一步的活動要安全得多。其次，即使在具有特征的環境中，仍需進行常規調查。

在這種情況下，機器人可以幫助在預先編程的時間和地點獲取數據，因此人們可以專注于如何處理數據，從而提高生產力和安全性。

波士頓動力公司的 Spot 就是一個很好的例子。Spot 是一款四足機器人，可用作部署儀器的平臺，如相機、3D 掃描儀和伽馬監視器。它可以在非結構化環境中導航、越過障礙物以及上下樓梯，它配備了一個手臂來打開門并拾取或拖動物體，從而能夠跨不同站點和具有挑戰性的環境進行遠程數據收集。

遠程操作：增強

對于無法實現完全自動化的情況，遠程操作機器人可能是最佳解決方案。機器人可以增強人的能力，因此可以安全、更有效地完成工作。

在英國，我們正在通過開發遙控機器人系統將手從手套箱操作中解放出來。機械臂可以通過手套箱的現有端口(端口的最小內徑為 150 毫米)展開，使人們遠離傷害。對于此應用，Kinova Gen3 協作臂配備了夾具、角磨機、螺絲刀和等離子切割機等工具，可有效執行手套箱任務，并可進行編程以避免干擾手套箱及其內容。

選擇和安裝機器人只是解決問題的一小部分。遠程操作機器人需要結合直觀的用戶界面、復雜的機器人控制、低延遲通信和傳感器，以便為操作員提供所有必需的信息，例如攝像頭、掃描儀和觸覺反饋。在這種情況下，可以利用工具和技術，例如用于可視化和用戶界面的游戲引擎、我們軟件后端中的機器人操作系統 (ROS)、捕捉機器人環境的 3D 攝像頭和虛擬現實 (VR) 來開發身臨其境和直觀的用戶體驗。

開發這些類型的解決方案創建了一種可復制的方法，可以適應其他應用程序。這里的重點是調整現有的機器人和成熟的技術，以比為該行業研發新的機器人技術更快、更有效地創建新的、特定于核的功能。

工業運營：自動化

還有一些應用，我們可以采用標準工業機器人并圍繞它們設計自動化流程，例如處理受 α 污染的手套箱或管理退役廢物。在后者中，我們可以根據其放射性水平對廢物進行分類，以優化存儲并節省成本，使用具有復雜視覺系統和軟件的工業機器人并將其與標準表征儀器配對。

為了真正實現機器人技術的潛力并創建強大的解決方案，我們必須避免重新發明引擎和孤立地工作。我們需要最大限度地從其他行業開發的技術中吸取經驗教訓，并對其進行調整以解決來自于核領域的挑戰。

核工業是實施機器人的具有挑戰性的環境，但它具有很高的潛在機會和回報。釋放這些好處可以真正改變我們的行業。