解放人类的高空机器人，如何撬开千亿美元的大市场？

　　什么时候机器人可以取代高空蜘蛛人?

　　来源|founderpark。

　　高空机器人正在逐渐取代高空作业的蜘蛛人。

　　与服务于人类的服务机器人和生产环境中使用的工业机器人不同，特殊机器人自诞生以来就一直从各种高风险环境中解放了人类。常见的特殊机器人包括水下机器人、地面移动机器人、高空机器人等，用高空机器人代替人类完成高空作业也是降低高空作业风险、提高效率的有效途径。

　　目前，高空机器人已应用于工业、农业和林业等许多领域。国内代表性企业石河机器人专注于船舶除锈、化学罐防腐、火电锅炉检测、建筑外墙清洗等场景，并提供专业的成套解决方案。目前，石河机器人在船舶除锈市场中占据国内第一份额。

　　Rebuildparkby极客公园的Rebuild栏目|来源：直播截图

　　高空机器人的核心技术和工业机器人有什么区别?如何实现场景着陆中解决方案的标准化?高空机器人面临的技术问题是什么?

　　5月31日，石河机器人创始人兼首席执行官徐华敏博士作为极客公园Rebuild直播工作室，畅谈高空机器人的技术现状和未来市场前景。

　　01

　　材料技术进步。

　　让高空机器人。

　　成为现实

　　Founderpark：立面机器人主要解决哪些问题?

　　徐华阳：立面机器人，顾名思义，是行走在立面上的机器人，通常也被称为高空机器人。应用程序场景非常广泛。常见的是城市的建筑外墙，它可以取代你经常看到的蜘蛛侠。除了这种民用场景外，该行业还有相对丰富的高空作业场景：船舶除锈、罐体防腐、锅炉检测、桥梁检查等。

　　我们将立面机器人的功能分为三个环节：制造、检查和维修。制造就像船厂和罐头制造商进行焊接和研磨的应用;检查是检测和探伤的应用，如锅炉和桥梁;维修是除锈、喷漆和外墙清洁的应用。简而言之，立面机器人可以在高空立面的场景中从事制造、检查和维修三个环节，以取代传统的劳动力。

　　Founderpark：常见的无人机是通过多旋翼对抗重力的，高空机器人是如何解决这个问题的?

　　徐华阳：在立面场景下工作的高空机器人和无人机之间仍然存在一些差异。无人机主要配备检测设备进行宏观检测，如航空摄影或测绘。当然，一些非接触式操作也可以进行，比如喷洒杀虫剂的无人机。高空机器人具有较强的负载能力，可用于近距离观察。它可以配备EMAT电磁超声波测厚仪，甚至涡流测厚仪进行非常准确的检测。除锈对负载能力的要求非常高。它不仅要承载超高压水的管道和电缆，还要承受超高压水射流的反冲力，从几十公斤到几百公斤不等。高空机器人和无人机的主要区别在于负载能力更强、定位精度更高、耐久性更长。

　　如何抵抗重力，不同场景下的原理也不同，主流是工业场景中使用磁吸附，非钢表面使用负压吸附。

　　工业中常用的材料是钢。对于钢，可以使用磁性吸力，以便在钢表面实现吸附。然而，困难在于吸力。重力和驱动力应匹配良好。如果吸力太大，就不能灵活使用，如果吸力太小，很容易打滑和坠落。

　　如果是非钢表面，如建筑物外墙为玻璃幕墙，可通过负压吸附解决。对于管道或柱状物体，摩擦可以通过环绕或内部支撑的方式产生，从而直接沿着管道攀爬。

　　Founderpark:听起来像是能够抵抗重力，能够有效地负重和灵活地移动。是什么样的技术进步让这件事更容易实现?

　　徐华阳：归根结底，这是一个静态力学和动力学的问题。如果机器人在一个纯直钢板上承受固定载荷，这是一个静态力学问题。这种爬墙机器人存在于20年前。移动底盘可以通过携带磁铁在相对直线钢板上行走。

　　然而，在工业场景和民用场景中，这样一个理想的环境并不存在。真正的挑战是适应曲面，这样你就可以爬上船的各个位置，穿过焊缝，等等。特别是火电锅炉具有复杂的水冷壁结构，是一个不均匀的波纹壁，必须具有实时磁场感知和适应性。这是多年前爬墙机器人所没有的。

　　核心技术主要有两点：钕铁硼材料的进步，特别是磁能密度的增加。磁能密度越高，重量相同的磁铁能产生更强的磁吸力，从而带来更大的安全余量。如果安全余量较大，则可以保证其承载能力。随着近年来稀土材料工业的发展，钕铁硼材料的磁能密度有所提高。钕铁硼材料属于稀土材料，中国是世界上90%的稀土材料出口国。我们在永磁材料技术方面处于世界领先地位。

　　第二个是驱动电机功率密度的增加。功率密度越大，体积或重量越大，驱动力越大，安全余量越好。

　　这两者是关键材料和关键部件的核心创新。结合两者的突破和创新，爬墙机器人才能够在复杂的工业应用场景中真正具有更好的适应性。

　　02

　　成为创业目标。

　　大疆高空机器人轨迹

　　Founderpark：是什么原因促使你有创业的想法?

　　徐华敏：我是中南大学机械工程学院的本科生，2011年进入清华大学机械工程系攻读硕士学位，博士及博士。

　　我有创业的想法，因为我在2014年读了乔布斯的传记。乔布斯已经从一个贫穷的年轻人变成了世界上最有价值的公司的首席执行官。一个人从来没有任何东西。通过自己的努力，他通过创业实现了这样的价值，这给PC、智能手机、动画等行业带来了巨大的变化和影响。乔布斯的经历激发了我创业的热情和动力，并提出了创业的想法。

　　2015年，当我还是一名医生时，我和同学们一起尝试用智能硬件创业。项目启动一个多月后，获得了启发性投资。我们很快从演示推进到工程原型，一年后项目被收购。2017年博士毕业后，我开始全职创业。当时我定位了高空机器人的方向。

　　Founderpark：当时为什么选择高空机器人这个领域?

　　徐华敏：因为我的专业，我一直在关注机器人。我也喜欢读科幻小说，尤其是阿西莫夫的机器人系列，它对我有着深远的影响。阿西莫夫描述的机器人的愿景是什么?每个家庭都有很多机器人来帮助端茶、倒水、洗衣服和做饭。作为工作过程中的个人助理，他们可以在出差时担任商务助理。这是一种机器人与人类共存的状态。

　　奇点理论认为，随着人类社会信息和技术的发展，人工智能的表现将呈指数级增长。许多观点认为，强大的人工智能将在2050年出现。我期待着强大人工智能时代的到来。届时，机器人可以进入成千上万的家庭，增加成千上万的行业。这个行业可能比汽车和手机行业更大。

　　我对机器人的大方向非常坚定。但要找到务实的切入点，逐步做好行业品牌、资金、人才的积累和沉淀。

　　就我个人而言，我对移动机器人非常感兴趣。移动相当于拥有双腿。此外，一些执行设备相当于拥有双手。此外，感知系统有眼睛、耳朵、鼻子和舌头，然后是大脑和小脑，是人类的原型。因此，移动是一个非常重要的特征。当时我们想找到移动机器人的应用场景。

　　在情感上，当我们寻找创业机会时，从5月1日到11日，这只是外墙清洁的高峰期。我们每天都能看到蜘蛛侠在墙上工作。当时，我们觉得这种传统和低效的工作不应该再存在了。我们还在北京找到了十几个蜘蛛侠工程团队的老板和工人，发现大家都很期待机器人产品，因为行业招聘越来越困难，成本也越来越高。

　　清理外墙的蜘蛛人|来源:Unsplash

　　从理性的角度来看，我们不能只做这个场景。在过去，移动机器人有三种场景：海、陆和空。我们认为外墙清洁是一个非常独立和新的机会。当时，它被定位为立面场景，整个类别被称为高空机器人。我们认为这里应该还有很多其他的应用机会，所以我们去工业了解情况。很快，我们发现风力发电场景非常合适，所以我们第一次尝试，但后来没有通过。然而，通过这样的尝试，我们发现在其他场景中仍然需要机器人，如船舶、化工、能源、桥梁等。

　　结合这种感性理解和理性分析，我们选择高空机器人作为创业的切入点。我们希望在这条轨道上坚定地工作8到10年，成为世界各地高空机器人轨道的大江。

　　FounderPark：关于立面机器人，您当时是否进行过市场研究或分析国外技术行业的现状?

　　徐华敏:最简单的方法就是分析国内外的竞争产品，研究他们的技术路线，瞄准行业和客户。分析的第一家公司叫ICM，InternationallimbingMachine，他们的第一个场景就是风力发电。我们也模仿风力发电的方向。此外，我们还研究了Geckorobotics的火电检测机器人，以及Ge的Inspectionrobotics公司进行化学罐检测和探伤，以及荷兰Vertitidrive公司的船舶除锈机器人。我们根据行业和功能对这些进行分类，找出在中国容易落地的方向。

　　第一个我们开始清洁风电塔，然后第二个项目是管道爬墙机器人，第三个项目是高速火车站立柱的场景，第四个项目开始尝试船舶除锈。除了我们自己的积极探索外，经过几年的沉淀，一些项目也积极地找到了我们，因为为了生存的早期阶段，我们还收到了需求定制订单，如石家庄东方热，包括浙江省特检院，也是我们的客户。

　　这样，通过我们自己的判断己的判断，加上被动的订单，形成了漏斗顶部的基本需求池。然后，在这样做的过程中，然后判断其技术可行性和商业价值，然后进一步的生产，然后继续一代一代的抛光和迭代。

　　Founderpark：您是如何在早期生产一些单个项目的?

　　徐华敏：我们落地的第一件产品是船舶除锈，实现过程花了将近两年半的时间。

　　我第一次听说这种需求来自机器人行业的一位前辈。他从客户那里遇到了这样的需求，觉得技术很难，所以建议我们去做。世界上有10多万艘船只，对除锈的需求很大。但技术难度也很大，船体非常光滑，而且还配备了超高压水管，机器人很容易掉落。

　　首先，我们对竞争产品进行了研究，发现国外有机器人朝着这个方向发展。我们认为这个计划基本上是可行的。国内一些高校以前也做过研究，有一些技术资料。在其技术路线的基础上，我们进一步提高了磁铁的磁密度和曲面的适应性。因为我以前做过风力发电项目，所以我在这里使用了曲面适应技术。我找到了一些朋友来了解超高压除锈，上游的关键配套设施也逐渐建立起来。

　　原型很快就做好了。在用铁板测试之后，我发现这是可行的，所以我开始寻找早期的天使客户。在这个过程中，我们主要寻找那些愿意尝试新鲜食物的创新客户。因为原型的效果往往不是很好。通过熟人的推荐，我们在江阴和舟山找到了两位客户。在这两个站点中，至少有一个实际的场景。整个研发链的闭环可以迭代。

　　2019年底，第一批小批量开始。申请量增加后，产品问题暴露得更充分，小版本迭代及时完成。V20版小批量，一致性和稳定性具备商业化条件。我们选择使用服务操作，以便制造商能够充分利用它。大约半年后，我们的船舶修理量超过了100艘。突破100个操作对象基本证明了商业和技术的可行性。

　　船舶除锈作业|来源：石河机器人

　　V30版本出来后，稳定性更好，易用性也大大提高，增加了辅助驾驶功能：如自动巡航、一键换道、自动避障等功能，让新手快速上手，具有大规模推广的潜力。随后，我们开始在青岛、宁波、广州、深圳等地开设销售网点，大规模推广产品。

　　产品和营销是一个循环变化的过程。产品越好，应用越广泛，客户越多。因为越来越多的客户使用产品，反馈越来越多，产品就会越来越好。这两个迭代都有一定的马太效应，因为场景有很强的障碍。

　　Founderpark：船舶机器人的自动导航解决了哪些问题，核心原理是什么?

　　徐华阳：机器人操作分为手动遥控和独立操作两种模式。在相对规则的表面上，您可以实现独立的操作，做好路径规划和自动导航。船尾和船头将有一些复杂的区域，需要切换到手动操作模式，并通过传感器做一些辅助工作。

　　我们将地面移动机器人的导航技术称为inside-out方案。从内到外看，相当于人们戴眼镜，结合周围的点云或图像数据进行自己的定位识别。对于立面，我们称这种技术为outside-in方案。机器人在墙上行走，在第三个角度设置云摄像头。因为我们的定位和导航不需要绝对位置，只需要相对位置。对于一艘船来说，如果它在图像中转换成一个矩形框，只要机器人从矩形框的左上角扩展到右下角，就可以在不告诉绝对位置的情况下完成除锈。从第三个角度整合机器人本身的多传感器数据，可以实现3-5cm精度定位，满足现场场景的需要。

　　Founderpark：100艘船的清洁工作是什么?

　　徐华敏:一艘正常的10万吨货船，长约300米。过去用高空车作业需要30-40台同时作业，大概需要50-60人，夜班也需要相同数量的人。如果换成机器人和人力一起工作，白天20人，晚上20人，人机一起操作，三天三夜左右就可以全部清洗。成本可以大大节约，效率可以显著提高。

　　Founderpark：您目前的收入规模是多少?

　　徐华敏：具体数值不方便透露，但可以简单说。

　　中国船舶修理行业的年产值约为300亿元。外板除锈每年20-30亿元，内舱除锈量差不多。中国有近30家船厂，约占国内船舶修理行业的80%。其中，有20多家是我们直接或间接服务的。

　　到目前为止，我们的机器人已经积累了500多艘作业船。在这个细分行业，应该是世界上修船量最高的。船舶除锈面积估计在60万平方米以上，市场份额绝对是第一。

　　Founderpark：船舶清洗市场有多大?

　　徐华阳:世界上70%以上的物流都是海运的，目前应该有12万艘货船。疫情期间，海运也更受欢迎。我们认为，未来100-200年，海运仍将是性价比最高的物流方式。

　　在海上航行需要解决船板腐蚀的问题。目前，航运业规定每五年进行两次码头维修。由于中国是世界上最大的进出口国，船舶维修一般靠近进出口周边地区。世界上一半的船舶每年都要修理，产值约占世界的20%-30%。

　　我们选择船只是有原因的。首先，市场空间大，便于早期尝试。二是客户集中度高，有利于推广。第三，场景标准化程度高。虽然有不同的船型，但与机器人的尺寸相比，它们基本上是相似的场景，具有很高的技术通用性。

　　03

　　史河机器人技术。

　　优势和商业模式。

　　Founderpark：除了进入时间较早之外，史河机器人的核心技术优势是什么?

　　徐华洋：石河一直从工业和民用两个场景来开发高空机器人移动平台，核心技术在四个方向：

　　第一个是磁性吸附移动平台，吸附力和驱动力之间的匹配，从设计分析、优化和控制过程中都非常精致。在设计过程中，需要考虑极端情况下的吸附力和驱动力，以满足这些场景。其次，当模拟时，我们应该能够实现所见即所得，设计的磁吸模块和真实的实验效果是相等的。然后在移动控制的过程中，最好通过磁场的变化及时感知磁吸力的变化，从而具有更好的适应性。最后，实现负荷重量比，曲面适应性强，障碍性能好。

　　第二种是基于绳索和负压联合驱动的非连续立面的立面机器人形式。与磁吸附相比，存在负压不能越障的问题，因此将负压与绳索结合起来，实现对玻璃幕墙和建筑外墙的适应，这也涉及到建筑外墙的定位和越障。

　　第三个核心技术是立面机器人的定位和导航，这是刚才提到的多传感器集成立面定位技术，在整个行业中是独一无二的。我们的朋友，包括外国制造商，也采用纯遥控操作模式。接下来，我们还计划进行一人多机，因为一人可以操作多机，进一步提高客户的投资回报。

　　第四是工业工艺包，软硬件一体化系统。负载是它的硬件。还有一些工艺参数是软件的一部分。例如，携带超高压水喷射，水喷射参数影响除锈效率，这些与水压、流量、喷嘴布置、数量、目标距离有关，这些需要多次积累，找到规则，在每个场景中机器人和水机效率最高。参数和规则可能比硬件更重要，因为硬件很容易设计和模仿，但参数只能自己总结和沉淀。

　　换句话说，底盘是系列化和标准化的，可以在每个场景中使用。我们对底盘的组装也有两个想法。首先是优先与行业合作伙伴合作开发。过去，各行业都有传统的手持工艺和相应的工具，优先考虑合作与集成。如果我们不能很好地适应机器人，我们将考虑转向自我研究。

　　Founderpark：从技术上讲，石河机器人主要解决了哪些实际问题?

　　徐华敏：以船为例。这艘船的线性非常复杂。例如，在球形鼻头处，曲率半径约为1米。当机器人工作时，如果磁场和曲面变化不能及时感知，很容易坠毁。

　　火电锅炉检测|来源：石河机器人

　　复杂的场景还包括火电锅炉。燃烧器高达100米，内部为并排管状结构，需要清灰脱胶、探伤检测等。还有一个翻越折叠角的场景，磁场会突然变化。世界上只有三家公司能够在火电锅炉的水冷壁场景下实现翻转折叠角的功能。美国是通用汽车公司和通用汽车公司的全资子公司InspectionRotics。中国只有石河机器人。

　　此外，前面提到的立面定位导航和工艺包也是全新的技术优势。

　　Founderpark：楼宇外墙清洗也是你想要解决的场景，关键技术是什么?

　　徐华敏:外墙清洗应该是高空作业轨道上最大的细分场景。仅一二线城市建筑外墙面积约100亿平方米，每年清洗费用约200-300亿元。考虑到一线城市的清洁频率较高，年成本超过300亿元。

　　这个场景的困难在于它太复杂，不规范，无法制造出单一的爆炸性产品。最后，必须结合不同场景的实际情况制作一系列产品。有一系列的产品组件，主要模块是通用的，因此具有大规模的潜力。

　　然而，也有一种方法可以切割场景，并使用STP方法进行切割。我们将整个建筑的外墙切割成六类，第一类是最简单的纯玻璃幕墙。第二类是只有纵向框架的幕墙，因为只有纵向框架，一列一列，不需要越障。第三类是只有水平框架的幕墙，所以你可以水平行走，不需要越障。前三类的划分主要是尽量不要越障，因为越障太难，效率太低。第四类定义为既有纵框又有横框，这就要求越障。第五类是整体造型规则，但表面会有一些复杂的结构。第六类是异形的，比如鸟巢或大内裤。

　　现在我们主要针对前四类，第五类和第六类暂时不做。未来，第五类和第六类可能会通过为大B客户定制专机来切入。短期来看，我们还是先瞄准前面的比较头，库存比较大。

　　FounderPark：听起来高空机器人产品是一个非常复杂的系统，上游和下游的技术和设备是采购集成的，还是你自己做整个链条?

　　徐华阳：整个产业链中的许多部件都是通用的，如电机、减速器、驱动器等。一些特殊的磁铁、超高压水管等都是特殊的供应商。我们在北京市房山区有一家组装厂，主要从事测试、组装和测试。供应链仍然依赖于上游和下游的合作伙伴。

　　产业链也相对成熟。电机和减速器是中国制造的。许多芯片是通用芯片，不受贸易战的影响。磁铁是中国的出口材料，不受影响。因此，整个产业链也比较完整。

　　Founderpark：您如何规划您未来的商业模式?

　　徐华敏:我们称之为销售+RaaS(Robotasaservice)模式，RaaS按服务收费。出海很重要，国内客户集中度高，所以采用直销模式，国外采用渠道销售模式。

　　我们理解的海外战略可能是全球化+本地化。全球化必须完成，但做这件事的人必须是本地人。在短期内，我们应该关注渠道。由于海外资源不足，海外朋友也是销售或租赁的两部分。租赁设备仍然是海外相对成熟的商业模式。

　　Founderpark：如果有足够的资金支持，您将遵循什么样的技术路线?

　　徐华阳：首先是丰富的产品线，包括各行业的垂直一体化产品线。例如，我们在船上做了外板除锈，然后我们必须做内舱除锈。下一步是喷洒。修船后，它渗透到船上，然后航行。

　　能源行业就像测试外墙系列的产品落地，有国外geckorobotics的标杆，业务非常确定。国内火电锅炉也进入了后运维市场，需求不断增加。最后是民用外墙清洗的六个场景，前四个场景尽快商业化。

　　第二个是全球布局，我们现在是一个成熟的产品，一个海洋产品。船舶除锈机器人和化学防腐机器人在中国已经成熟了大约三年，可以加快海外布局和扩张。

　　第三国内RAAS业务的实施。我们仍然希望通过大量资金的快速整合，抓住相对高质量的用户，提前与工程服务公司建立合作关系，与船厂或化工厂形成长期共生生态。

　　这些至少可以做6-8年。要做一系列的产品线，RaaS业务的落地，全球化，就要引领整个高空机器人赛道。6-8年后，石河希望在这条赛道上成长为一家超级独角兽公司，成为一家价值100亿美元的全球公司。