導讀：北京科技大學張建華教授團隊研發首款全場景內外直角翻越重載輪式爬壁機器人RWTCbot，成果刊發于國際權威期刊。該機器人突破了立面全場景“高危直角”技術瓶頸，憑借多項原創結構與算法，實現了百公斤級載重跨角作業，可一站式完成高空立面作業，已在亞洲第四大水電站烏東德水電站實地應用，為鋼結構高空運維提供全新解決方案。

隨著風電、水利、重工、船舶等行業飛速發展，大型鋼結構的高空除銹、噴漆、探傷等運維作業需求與日俱增。

水電站門機、港口起重設備、工業鋼架等設施遍布內外90°直角拐角，成為人工設備與傳統爬壁機器人難以逾越的壁壘。行業始終被困在「載重、直角翻越、低成本運維」的不可能三角中，無數高空高危作業只能依賴人工硬扛。能否平穩翻越這類異形壁面，已經成為衡量爬壁機器人綜合性能的重要標準。

01.

行業困局：一個直角，困住工業立面運維領域

我們不妨想象這樣一幕：作業人員背負上百公斤工裝設備，身處三十多米的高空鋼構之上，前方一面垂直鋼壁戛然而止，轉角處是鋒利的90°陽角，這道看似普通的拐角，卻成為人工與傳統設備都難以逾越的障礙。

放眼全球爬壁機器人領域，行業長期陷入載重、直角翻越、低成本運維的 “不可能三角”：輕量化機型雖然能夠實現內外直角過渡，但載重普遍不足10公斤，僅可搭載簡易巡檢設備，難以滿足工業防腐的重載需求；傳統重載爬壁機器人磁力充足、可掛載百公斤作業工裝，卻受限于結構設計，難以翻越直角拐角；而多模塊、仿生等復合構型機器人卻存在結構繁瑣、故障率高、后期維保成本高昂等問題，始終難以規模化落地。

亞洲第四大水電站烏東德水電站

長久以來，業內大多只能靠犧牲七成磁吸能力換取直角過渡效果，這導致了其嚴格的負載限制，絕大多數高空防腐場景依舊只能依賴人工高空作業。不僅作業效率低下，高空墜落、油漆中毒等安全風險更是如影隨形，行業亟需一款能同時實現全場景直角翻越、大載重、高可靠性的工業級爬壁機器人。

02.

打破固有思維！北科大團隊原創全新技術范式

為攻克直角過渡難題，國內外科研團隊與企業嘗試了多種技術路線，但各類方案均存在一定短板，難以適配復雜直角過渡的工業場景：

1. 輕量化輪式機器人：依靠跨角后剩余 30%-40% 的殘余磁力完成過渡，整機必須嚴格控制重量，載重能力極差，難以搭載除銹、噴漆、成套防腐作業設備；
2. 多模塊分體式爬壁機器人：采用多車體聯動結構，整體剛性弱、控制系統復雜，機器人卡在拐角位置后難以自主脫離，現場故障處置難度大；
3. 仿生足式/軟體機器人：柔性結構適配性強，但承載能力薄弱、運行能耗高，難以滿足重工業連續作業的要求。

針對以上行業痛點，北京科技大學張建華教授團隊潛心攻關，原創研發出RWTCbot 重載作業型爬壁機器人。該裝備跳出傳統設計思維，摒棄 “犧牲載重換過渡能力” 的固有邏輯，提出了"被動旋轉關節+可升降輔助磁吸模塊+自適應閉環過渡控制算法"的一體化解決方案，為全球爬壁機器人領域貢獻了一個全新的技術范式，真正實現百公斤重載+全場景內外直角自由過渡兩大核心能力兼得，同時保持結構簡潔、運維成本低的優勢，完美適配水電站等大型鋼結構高空全流程防腐作業。

03.

三大核心科技！筑牢重載+跨角雙重壁壘

RWTCbot 之所以能打破行業 “不可能三角”，核心依托三大關鍵設計，我們形象地將其命名為 “力場護盾”、“柔術身法”、“吸星大法”，三大技術相輔相成，構筑起機器人穩定作業的核心根基。

「力場護盾」：可自適應輔助磁吸過渡模塊

外直角是高空壁面作業的最大難點，跨角瞬間極易出現磁力衰減、設備脫壁傾覆的問題。機器人機身中部搭載電動推桿驅動的輔助磁吸機構，搭配激光雷達精準感知拐角位置，可主動下放輔助磁體，實時補充跨角衰減的磁力，如同提前拋出“磁力抓鉤”牢牢貼合壁面。同時依托高精度力傳感器與閉環控制策略，電動推桿可動態調節牽引力，適配前輪、后輪兩種過渡模式，全程杜絕脫壁、傾覆風險，讓直角過渡全程穩定可控。

「柔術身法」：限位被動滾動鉸接結構

工業現場壁面并非標準化平面，普遍存在工藝凸棱、異形陽角等非標結構。機器人前后驅動橋通過被動旋轉關節連接，支持左右各10°相對偏轉，可實現自適應扭轉貼合。當機器人斜向靠近拐角、單側車輪出現離地趨勢，或是面對門機24mm工藝凸棱等異形結構時，前后車架可自主“扭腰貼合”壁面，從根源解決單側車輪翹邊、吸附失效難題，適配各類非標直角復雜工況。

「吸星大法」：弧形海爾貝克陣列永磁吸附系統

載重能力的核心根基是穩定的吸附力。機器人前后驅動橋搭載210°大角度弧形釹鐵硼磁鐵，采用先進的海爾貝克陣列排布，相當于為設備配備了全覆蓋“強力磁靴”。無論機器人處于平面、內角、外角等任意作業姿態，始終有連續磁弧與鋼壁緊密貼合，單個吸附單元磁力實測高達1387N，為100公斤級重載作業提供堅實保障，徹底擺脫行業“減重保吸附”的設計枷鎖。

04.

產學研深度落地：論文專利賽事全面開花，技術完全國產化

機器人大講堂獲悉，從理論研發、迭代優化到工程落地，張建華教授團隊堅持完整的產學研創新路線，技術成果獲得國內外學界與行業權威高度認可。

在學術研究層面，該機器人研發歷程完整記錄于核心學術期刊：初代成果發表于國內權威期刊《機械工程學報》，迭代升級的第二代RWTCbot成果，成功被國際機器人頂刊 IEEE Robotics and Automation Letters收錄。兩篇核心論文（詳情見文末鏈接）完整印證了技術從雛形到成熟的原創迭代過程。

在知識產權層面，項目已斬獲4項國家授權專利，擁有完整自主知識產權，核心技術實現100%國產化，擺脫國外技術依賴。

在科創實踐層面，依托北科大團委支持、焦然老師指導，本科生核心研發團隊憑借該項目斬獲2025中國國際大學生創新大賽全國金獎，充分彰顯了高校產學研融合、師生協同創新的豐碩成果。

目前，該技術已順利通過中國機械工業聯合會權威鑒定，技術方案、核心性能指標均達到工業落地標準，具備大規模推廣應用的資質。

05.

硬核實戰！進駐亞洲第四大水電站守護國家重大工程

√水利水電領域：各大水電站橋機、門機、閘門、鋼結構廠房的除銹、噴涂、無損檢測；

理論再強，不上真實場景都是紙上談兵。據悉，RWTCbot機器人依托「需求牽引、企業命題、高校答卷」的深度校企合作模式，成功進駐烏東德水電站完成全流程防腐作業實戰驗證。

作為亞洲第四、世界第七大水電站，烏東德水電站鋼結構運維工況極具代表性：場內橋機、門機、閘門等鋼結構數量龐大，作業區域距地面超30米，壁面包含大量標準內外直角與帶凸棱異形拐角，加之庫區晝夜溫差大、環境潮濕，人工作業風險極高、難度極大，是高空防腐領域極具代表性的重難點工業場景。

本次落地項目由烏東德電廠機械水工維修部起重金結分部主任朱珩牽頭，結合電站真實運維痛點提出研發需求，校企團隊多次實地摸排工況、面對面研討打磨方案、聯合樣機調試，逐一攻克現場技術難題，打造出校企協同創新的標桿案例。

作業現場中，RWTCbot機器人全程穩定運行，全面承接進水口門機、廠房橋機、大型閘門等核心鋼結構的運維工作，可自主完成老舊漆層打磨除銹、防腐漆分層噴涂、漆膜厚度與表面粗糙度檢測全流程智能化作業。

機器人可在連續壁面、各類內外直角之間自主切換，全程運行穩定，作業質量優于人工，不僅消除了高空作業安全隱患，還大幅提升運維效率，成為國家重大水利工程運維的得力裝備。

素有“鋼鐵搖籃”之稱的北京科技大學，積淀了深厚的工科科研底蘊，學校機械工程學院張建華教授領銜科研團隊，搭建起“教授引領、青年教師挑大梁、學生實踐落地”的高效科創協作體系，長期深耕特種作業機器人賽道。團隊始終秉持“讓機器人承接人工高危、繁重、高難度作業”的研發初心，深耕工程實際需求，先后承擔多項國家級重點科研項目，累計發表學術論文兩百余篇，授權發明專利50余項。

此次落地應用的重載爬壁機器人，正是團隊依托學校學科積淀、立足行業痛點研發的硬核成果，化身守護高空作業一線的“爬壁鋼鐵衛士”，以智能科技筑牢工業運維安全屏障。

06.

全域場景賦能！解鎖工業高空運維新未來

經過烏東德水電站實戰檢驗，RWTCbot爬壁機器人憑借全場景直角過渡、百公斤重載、高穩定性、易運維四大核心優勢，可快速復制落地至多類重工業場景，應用前景廣闊：

√重工與港口：港口門機、大型行車、鋼廠 H 型鋼架、壓力容器的日常運維；

√船舶行業：船體艙室、甲板鋼結構、船舶附件的清潔與防腐作業；

√風電與石化：風電塔筒、石化儲罐、管道支架等異形鋼結構巡檢與維保。

RWTCbot爬壁機器人解決了行業部分痛點，并可快速實現跨行業應用，期待該團隊繼續探索高空運維場景應用，挖掘特種機器人的創新價值與產業潛力，以科技手段替代高危作業，助力行業實現數字化、智能化轉型。

文章鏈接：

http://www.cjmenet.com.cn/CN/10.3901/JME.2025.17.050

https://ieeexplore.ieee.org/document/11543327