从防尘面罩到无尘车间，世界首台智能碳电极清理机器人的研发之路

2020 年，中国原铝产量占全球原铝总产量的比例达到56.79%。经过数十年的发展建设，中国的原铝产量不仅是世界首位，还在近年来长期占据全球原铝总产量五成的比例。铝工业的建设成就，有力支撑了建筑、汽车、航空等行业的发展。产能得到扩充之外，中国铝工业的技术也趋于先进，各项节能减排技术得到应用，综合交流电耗达到世界领先水平。

然而，在原铝的生产过程中，工艺和流程复杂，难以避免地带来了高温、粉尘、噪音等工作环境恶劣的问题。同时，以铝为代表的有色金属行业普遍存在着较大的环保和劳动力紧缺压力。

在冶金工业中，电解法是一项重要的技术路线，并被广泛应用在铝行业。电解过程中作为阳极的碳块，以石油焦和沥青为主原料，整体质量接近 1 吨。在烧结过程中，一千多度的高温焙烧会让碳电极发生不规则形变，令其表面凝结较多杂质，形成凹凸不平的结块。由于结块质地坚硬、不平整，碳电极本身也存在形变，传统的自动化设备无法对非标的碳电极进行统一清理，原铝生产企业通常只能用人工的方式清理。

一个工人通常需要10~ 30 分钟才能完成一块碳电极的清理工作，而高温环境、粉尘对碳电极清理工人的健康形成了难以预估的潜在影响。

人工清理工作通常需要在夜间进行，以避免影响白天的生产，也减少清理过程中扬尘给周边环境带来的危害。一晚上的工作结束之后，清理工人们全身都会沾满黑色的碳粉，连口罩都会被染黑。此前，某厂的碳电极在清理过程中还发生过意外倾倒， 1 吨重的碳块砸到清理工人，酿成了安全事故……

WATTMAN瓦特曼联合创始人陈洪先生是冶金工业领域资深专家，拥有超过二十年的冶金自动化产业经验，对铝行业的碳电极清理这一实际痛点有着多年的深刻体会。WATTMAN瓦特曼创始人、前腾讯无人驾驶团队技术负责人陈仁博士在了解到该问题后，同陈洪先生一起带领技术团队深入生产一线，同国内多家铝企进行了深入的调研和持续探讨。

经过数月的调研，以及和山东某铝工业龙头企业的现场实地流程分析，瓦特曼团队与该铝业集团确定了碳电极清理机器人的相关研发关键技术目标：

单个碳电极的清理控制在 3 分钟内

碳电极的清理保持连续性，实现流水线式全无人化智能作业

机器人能灵活适配、智能清理各种不同规格和型号的碳电极

每月累计停机维护时间在 12 小时内

配备无人自动收尘系统实现车间无尘化

陈仁博士凭借其在人工智能和无人驾驶领域顶级技术专家的深厚积累，在带领瓦特曼团队经过细致的实地调研、理论验证、算法创新后，确定了解决碳电极清理核心难题的技术架构和路线框架，于 2019 年正式开启了碳电极清理机器人的研发工作。

在研发过程中，多项工业自动化手段无法解决的核心难题，被瓦特曼技术团队运用3D视觉定位、智能动态识别、多源传感器融合、智能力控算法、实时路径规划等高新技术逐一攻克。

碳电极顶部孔槽（炭碗）是清理的重要难点之一，直径十厘米左右的内圆孔槽不仅布满了结块，还有 6 个方形炭碗斜槽。该区域的机械清理，对刀具的落点和打磨角度有极高的精度要求。实际误差不得超过1°，否则刀具在清理过程中会对碳电极基体造成损伤。

负责该项目的工程师们在 4 个月的时间里经过多种尝试后，确定了三维点云实时定位分析的方案，将刀具的精度提升了 8 倍。通过应用深度学习方法，对点云及图像进行分析，提取目标物表面毛刺、裂缝等异常信息，WATTMAN3D智能清理打磨机器人可将角度误差控制在0. 5 度左右，打磨误差控制在1mm以内，高效精准地完成清理任务。

除此之外，力控算法机精度控制，多源传感器融合、复杂末端执行结构、非规则形变智能匹配、耐高温、抗粉尘干扰等近百项技术难点都在相对艰苦的环境里，被瓦特曼的工程师们逐一完美解决。

经过近 30 次的软硬件系统不断迭代升级后，WATTMAN3D智能清理打磨机器人在世界范围内首次实现了对非标形状碳电极的实时特征匹配、实时路径规划、智能清理打磨的完全无人化智能化操作。同时，考虑到清理现场的高温、粉尘环境对硬件设备稳定性和复杂场景适应性有着颇高的要求，碳电极清理机器人还搭配了实时收尘系统、高温防护、安全防护系统、智能预警系统等附加设备和功能，确保机器人在清理现场能够应对恶劣的工作环境，减少相关设备风险。

在 2020 全球铝业周行业峰会上，瓦特曼受邀并在会场预发布并演示WATTMAN3D智能清理打磨机器人，引起会场铝行业资深人士和专家的高度认可和积极反响。在发布会后的一个月内，瓦特曼就收到国内外超 30 家企业的深度意向订单。

目前，在采购WATTMAN3D智能清理打磨机器人的某世界知名铝业集团，可以实现完全无人化的碳电极清理。 1 吨重的碳电极清理时间从二十分钟以上缩短至 3 分钟以内，平均清理时间在 2 分 30 秒。

总体上，现版本的WATTMAN3D智能碳电极清理机器人实现了以下技术目标：

平均 2 分 30 秒完成单个碳电极清理，电极清理效率提高6~ 10 倍

执行精度1mm，动态检测精度0.1mm/s，偏转误差小于0.5°

碳电极基体不受损失

IP67 级防护，可在-10℃-55℃正常工作

搭配实时收尘系统，作业现场实现完全无人无尘化车间

目前最大连续作业时间已超 1000 小时

WATTMAN3D智能碳电极清理机器人

经过两年多的研发与打磨后，瓦特曼最终为碳电极清理这一铝行业的共性核心痛点提供了卓有成效的解决方案，真正实现了打磨车间的无人无尘化。清理效率和质量的大幅提升之外，还大幅减少了粉尘污染，彻底将工人从这一复杂、恶劣、纯体力、高危的工作环境中彻底释放出来。

在传统工业领域，碳电极的清理工作还只是诸多痛点中的冰山一角。钢铁冶金、有色金属、矿山等原材料工业工艺流程严格、作业环境相对复杂，高温、粉尘、噪音等不利环境因素，对人体所带来的影响虽然无法进行直接验证，但却让年轻人对相关工作岗位望而却步，导致了重工业企业用工断层等问题。

针对原材料工业领域的诸多痛点问题，瓦特曼还研发了智能冶金捞渣机器人、高温冶炼容器内衬侵蚀智能检测系统、全智能无人天车等在行业具有通用性的人工智能解决方案和产品，旨在解决重工业领域的各类实际痛点，在恶劣的工作环境下，将具有一定危险性的繁重工作实现机器替代。

全智能无人天车

熔炉内衬检测

经过近三年的产品研发和行业积累，瓦特曼的数款产品创造了多个行业的世界首例机器人标杆，目前已在多家年产值千亿级的大型企业落地应用。宝武集团、中国铝业、国电投、金川集团、首钢集团、河钢集团等世界 500 强企业，华菱集团、攀钢集团等多家中国 500 强企业，信发集团、东方希望、冶控集团、太重集团等诸多重点骨干工业企业均为瓦特曼智能战略合作客户。

在与客户的合作沟通中，瓦特曼技术团队对行业、工艺流程的理解得到了客户普遍的赞誉。同时，从成本回收的角度来看，新型解决方案的应用也为瓦特曼的客户带来了实际的经济价值。在工业智能化革命的浪潮下，智能制造解决方案的优势与价值将愈发显著。

作为行业领先的高新技术企业，WATTMAN瓦特曼将推动人工智能技术在工业领域的运用，解决各类行业痛点，帮助工业企业实现高效清洁的生产，完成降本增效的企业升级转型。