乌东德电厂，RWTCbot重载作业型爬壁机器人正在作业。受访者供图

　　乌东德电厂领导和北京科技大学教师正在观看RWTCbot重载作业型爬壁机器人作业。受访者供图

　　站在30米高空，北京科技大学机械工程学院教师焦然盯着那台130公斤重的机器人，手心全是汗。

　　吊车把机器人和辅助工装（把机器人拉上去的设备——记者注）送到了中国第四、世界第七大水电站——乌东德水电站下属三峡金沙江云川水电开发有限公司禄劝乌东德电厂（以下简称“乌东德电厂”）桥机的高空作业现场。按照计划，它应该从工装平稳爬到桥机立面，翻过直角，开始作业。但真到了这一步，机器人与工装组合体的重心却突然偏移，无法贴住壁面。

　　“电厂几十号人在配合你，大吊车都开进来了，你要是说‘不行了，上不去了’，那压力太大了。”焦然事后回忆。

　　2023年接下这个项目时，焦然没想到会经历这样一幕。那时他只觉得“爬壁机器人是我们的老本行，应该能搞定”，结果“稀里糊涂就掉进了一个大坑”。

　　这个“坑”一待就是3年。3年后，他和团队翻过了那道困住全球行业30年的“直角”。

　　直角之上

　　2023年年中，乌东德电厂发布招标需求：研发一台重载爬壁机器人，能爬上门机、翻越直角，完成除锈喷漆作业。

　　北京科技大学机械工程学院教授张建华带着团队去投标。他在爬壁机器人领域干了16年，团队底子厚，觉得“这东西我们能搞定”。

　　直到中标后开始调研，他们才发现难度不小。

　　国际上的爬壁机器人五花八门，很多企业和高校都在做，但“能过直角的有，却没有重载能过直角的”。

　　张建华告诉中青报·中青网记者，能过直角的机器人一般是用来做检测的，而乌东德电厂要的是机器人能携带打磨头、回收装置、喷头，还有沉重的线缆进行高空作业，“线缆里面是铁的，很重”。整台机器人设计出来约130公斤。

　　问题的核心出在磁力上。爬壁机器人靠磁轮吸附在钢壁上，翻越直角的瞬间，磁力骤降80%。“如果不做额外措施，肯定会掉下来。”

　　焦然心里开始打鼓，但张建华的态度很明确：工作已经接了，合同已经签了，必须干下去。

　　焦然纠结了一阵。他想起了去乌东德考察时看到的场景。

　　那座桥机横跨在厂房顶部，离地面30多米，相当于十多层楼高。人要上去，先得手脚并用，爬一道几乎垂直的铁梯。梯子悬在半空，每走一步都能感觉到轻微的晃动。爬到顶上，才是真正作业的开始，工人们要搭起脚手架，一根钢管又一根钢管地往上摞，像搭积木一样把自己送到需要打磨和喷漆的位置。

　　电厂领导跟焦然说过一句话，他记了很久：“维护门机多长时间，我就多长时间睡不好觉。”

　　工人在高空作业，要频繁切换作业点，安全锁调来调去麻烦，有时候经验丰富的工人觉得“没啥事”就不调了，结果真出了事故。“这个项目非做不可。”焦然说，“人真的不能再冒着这样的危险爬上去了”。

　　“对他们来讲，安全才是最重要的。”焦然说，“不出事是前提”。

　　嘴上说通了，脑袋还没通。怎么让130公斤的机器人翻过直角而不掉下来？焦然每天都在琢磨这件事。

　　有一天他想到一个画面：人翻墙头，没有树可以借力的时候，拿一个钩子拴根绳子甩过去，拉着绳子往上爬。这个场景转换到重载爬壁机器人：能否在机器人中部加一个可升降的辅助磁吸模块？快过角的时候，把它降下去吸住壁面，拉着机器人往前走，过了角再升起来。

　　为了验证这个想法，团队花了一年多时间，迭代了三代样机：第一代验证思路可行，第二代发现问题，第三代才真正成熟。

　　这个方案加上被动旋转关节和自适应壁面过渡控制算法，构成了一台能翻直角的重载爬壁机器人，这也是国产重载爬壁机器人首次实现全场景内外直角翻越作业——这个困扰全球行业长达30年的技术难题，就这样解开了。

　　从天津工厂到乌东德30米高空

　　2024年9月，张晨旭入学北京科技大学机械工程学院，成为张建华教授的硕士研究生。10月，焦然找到他：“有个项目需要做一下。”

　　张晨旭当时有点紧张。本科刚毕业的他，实际工程经验几乎为零。“一边学一边做，中间遇到了不少困难。”

　　真正让他体会到“科研和工程的区别”，是第一次去天津的工厂。

　　没有空调的车间，130公斤的机器人悬在天车上，他和老师、师兄们一起装配。第一次近距离接触那组永磁铁，他领教了它的威力，两个磁铁吸到一起，想分开它们需要使出全身力气。

　　工厂的师傅告诉他们：以前有人把手指放在中间，直接被夹碎了。

　　这让张晨旭每次拆装机器人零部件都更为小心，每个螺丝松到什么程度都会和团队成员同步信息。

　　2025年暑期，张晨旭第一次去乌东德电厂。从北京飞到昆明，再坐4个半小时山路班车，钻山洞、绕盘山道，折腾一整天终于到了现场。

　　去之前他满怀期待，因为“没见过那种很复杂的工程场景”。到了现场，兴奋劲儿还没过，问题就来了。

　　在离项目书规定的中期检查只剩三四天的时候，机器人突然过不去直角了。此前，在天津的工厂里模拟过多次都没问题。

　　团队排查了半天，发现问题出在天气上，云南气候潮湿，壁面有晨露，橡胶轮磨损后又变得更光滑了，导致机器人附着力下降。

　　更糟糕的是，控制器芯片烧了。换控制器意味着重新配置环境。幸运的是，当地有一家经验丰富的维修店，最终解决了问题。

　　“第一次遇到这种问题，心里特别慌。但后面经历多了，心里就有底了。”张晨旭说。

　　比张晨旭更早加入团队的，是本科生陆韩欣阳。

　　2024年5月，即将进入大二的陆韩欣阳主动联系了班主任焦然，表示想参与项目。他是北京科技大学机器人科创班的学生，“一直希望把机器人落在实处，进入真实的工业场景”。

　　焦然把他拉进了爬壁机器人项目组。当时团队正在迭代第二代样机，只有辅助摆轮模块，还没有被动旋转关节。

　　他真正的成长来自天津的工厂。2024年暑期，陆韩欣阳和同学们往返于北京和天津，调试第二代样机。没有空调的车间，酷暑难耐，手机会热到自动关机。有时候团队成员熬夜到凌晨三四点，只能抽空躺在地上休息一会儿。

　　而本科生团队从最初一两个人扩展到12个人。平常，在学校的本科生团队和在现场的学长们远程配合，根据现场传回数据在后方做调试和分析。

　　到了2025年，第三代样机完成。这年9月，陆韩欣阳带着第三代机器人参加中国国际大学生创新大赛。机器人太重，没法搬到答辩现场，他就靠PPT和视频给评委讲解。最终他所在的团队斩获全国金奖。

　　2025年年底，当张晨旭在乌东德现场看到机器人稳稳翻过最后一个直角时，他拍了很多照片。“看到自己做的东西在实际中运用，很有成就感。”

　　翻越直角，从那块白板开始

　　张建华在实验室里有一个习惯，在白板上画图。

　　方案设计阶段，他和焦然、王唱等教师反复讨论，画了擦、擦了画。“反反复复迭代了三次，推倒重来，再推倒重来。”

　　在学生参与之前，教师们讨论了两个月，做了大量调研，最终敲定了完整方案，也是在此阶段破解了这个国际难题。

　　方案敲定后，焦然带着两名研究生和陆续加入的本科生，把白板上的构想一笔一笔画成图纸，再从图纸变成零件，从零件拼成样机。这个阶段，学生不再是旁观者，而是主力军。

　　这套做法的理念源于张建华：带学生就是要“文武双全”。“文”是能写论文、发顶刊，体现对问题的理解深度；“武”是能编程、能设计结构、能吃得了苦、能到一线调试。

　　“这两个方面不可偏废。只写文章就落空了，光会动手就培养成工程师了。对工科人才来说，一阴一阳，要匹配协调。”张建华说。

　　焦然继承了这套理念，也有自己的风格。

　　“学生经验不足，但迸发的灵感不少，有时这是好事。”焦然说。

　　他指导学生的方式很特别，“我会告诉他有一条河，这条河从东往西流，有几条分叉，每条分叉有几条船。但具体每条船上应该做什么、怎么做，我不会说。”

　　有时候焦然心里已经想好了方案，但不告诉学生。“怕束缚他们。让他们自己在探索中迸发灵感，自己做出来的东西，成就感不一样。”

　　团队里的分工也很有意思。研究生张晨旭负责控制算法、系统搭建和电气选型，本科生陆韩欣阳主导导航算法和地面检测，其他本科生各司其职，但互相交叉，“你干的事我也了解，我干的事你也了解”，一旦有问题大家可以互相出主意。

　　在焦然看来，学生之间是相辅相成的关系：研究生做事更专业，经验更多；本科生思维更活跃，不容易受束缚。

　　张建华说，团队里的本科生一开始是“打酱油”的，但逐渐就深入到内部了。陆韩欣阳就是一个典型，从大二主动找上门，到后来成为全国金奖的答辩人。

　　这个过程中，张建华和焦然最担心的是学生的安全问题。

　　在工厂装配时，焦然太清楚那组永磁铁的威力。他每天跟着学生们一起操作，并反复叮嘱。张建华同样紧张。项目攻关期间，“我每天给焦然打电话，首先强调安全，安全没事了再考虑其他的。”

　　2025年11月20日，团队原创研制的RWTCbot重载作业型爬壁机器人（以下简称“RWTCbot”）正式交付乌东德电厂。它能在30米高空以百公斤重载稳稳翻越直角，完成除锈喷漆作业。

　　“目前，二期合作正在谈。”焦然说，“要解决复杂壁面适应、作业效率提升，还有半自主具身智能作业的问题。”

　　新的机器人已经在规划中。核心的直角翻越技术也已经申请了专利，国家知识产权局于2025年12月5日正式向团队授权。

　　这项成果于今年6月发表在机器人领域权威期刊《IEEE Robotics and Automation Letters》（IEEE机器人与自动化快报）第11卷第7期上。论文摘要开篇即点明：“RWTCbot能够实现所有类型的内外直角壁面过渡”，并在全覆盖实验测试中验证了“可靠的过渡性能”。

　　陆韩欣阳希望未来保研留在实验室，继续跟着焦然做研究。张晨旭明年毕业，研究方向是上肢外骨骼控制，和爬壁机器人同属机器人控制领域，这个项目成为他简历里浓墨重彩的一笔。

　　这道困住行业30年的“直角”被这个高校团队翻过去之后，迎接他们的是更广阔的天地。

　　中青报·中青网记者 李瑞璇来源：中国青年报

　　2026年06月26日 08版