手(shou)(shou)(shou)的(de)(de)(de)靈活性決(jue)定了人類成為這個(ge)星球上的(de)(de)(de)主導物種。智能(neng)(neng)制造(zao)同樣(yang)離不(bu)開(kai)一(yi)把好“手(shou)(shou)(shou)”。如(ru)今，工業(ye)(ye)機器(qi)人就是人們(men)雙手(shou)(shou)(shou)的(de)(de)(de)延伸，它們(men)是粗活細活都能(neng)(neng)干(gan)的(de)(de)(de)全能(neng)(neng)選(xuan)手(shou)(shou)(shou)。海底沉管的(de)(de)(de)銜接，“超級焊匠(jiang)”一(yi)出(chu)手(shou)(shou)(shou)就能(neng)(neng)搞定；加工光(guang)學模具的(de)(de)(de)工業(ye)(ye)母機可以做(zuo)到“天衣無縫”；扛大(da)梁的(de)(de)(de)機器(qi)人手(shou)(shou)(shou)臂(bei)上，真的(de)(de)(de)有一(yi)個(ge)“太陽系”嗎(ma)？給超級水利(li)工程做(zuo)全息(xi)體檢和局部手(shou)(shou)(shou)術的(de)(de)(de)究(jiu)竟又是何方“圣手(shou)(shou)(shou)”？

  用機器人焊接世界超級工程

  讓焊接更高效、更精準、更可靠

  深中(zhong)通道(dao)雙(shuang)向八車道(dao)，沉(chen)管(guan)(guan)直徑比(bi)港珠澳大(da)橋沉(chen)管(guan)(guan)還要大(da)，每(mei)個(ge)(ge)沉(chen)管(guan)(guan)重達9000噸，相當于一(yi)(yi)艘(sou)中(zhong)型航母，32個(ge)(ge)管(guan)(guan)節沉(chen)管(guan)(guan)鋪就一(yi)(yi)條海(hai)底隧道(dao)，這又(you)將是一(yi)(yi)個(ge)(ge)世界超(chao)級工程。

  在深中(zhong)通道沉管鋼殼的制造基地，一根新的沉管即將開(kai)始建造，它采用(yong)的是三明(ming)治結構。

  顧(gu)名(ming)思(si)義，“三明(ming)治”結(jie)構(gou)就(jiu)是用內外兩(liang)層鋼板造出巨型鋼殼，然后在兩(liang)層鋼板的隔艙之間進行混凝(ning)土澆筑(zhu)。

  然(ran)(ran)而，巨(ju)型鋼(gang)(gang)殼全靠焊(han)接，每個(ge)沉(chen)管(guan)鋼(gang)(gang)殼的焊(han)縫總長度超(chao)過(guo)300公里，假如(ru)用人(ren)工(gong)(gong)焊(han)接，一個(ge)沉(chen)管(guan)鋼(gang)(gang)殼就需要超(chao)過(guo)1000名焊(han)接工(gong)(gong)人(ren)，工(gong)(gong)期長達12個(ge)月。如(ru)果(guo)32根管(guan)節焊(han)接都靠人(ren)工(gong)(gong)，顯然(ran)(ran)是無法按時(shi)完成的任務(wu)。這(zhe)次，工(gong)(gong)程(cheng)師決定啟用機器人(ren)焊(han)接。

  機器人測量鋼板(ban)尺(chi)寸和(he)位置，大腦根(gen)據數據迅速發出指(zhi)令，焊槍(qiang)上的激光感應器跟(gen)蹤識別焊縫，實時(shi)糾偏。

  假(jia)如工(gong)(gong)(gong)人(ren)來(lai)焊(han)接(jie)，至少需(xu)要(yao)焊(han)接(jie)6到8道，而(er)機器人(ren)一(yi)氣呵成(cheng)，堪比“超級(ji)焊(han)匠”。廣船國際有限公司(si)深中通道項目GK01合同(tong)段項目經理部總工(gong)(gong)(gong)程師 龍漢(han)新：焊(han)同(tong)樣的工(gong)(gong)(gong)作(zuo)量的話，原來(lai)我們要(yao)18個(ge)焊(han)工(gong)(gong)(gong)，現在可能只(zhi)要(yao)4個(ge)焊(han)工(gong)(gong)(gong)。而(er)且(qie)機器人(ren)焊(han)出來(lai)的質(zhi)量比較穩定。

  碼頭(tou)上，制造完成的沉管鋼殼正在駁運(yun)上船。一個管節(jie)，頂(ding)面(mian)面(mian)積相當于14個標準籃球(qiu)場大小。巨型斷面(mian)的平整(zheng)度達(da)到4毫(hao)米(mi)之內，如此高的精度世(shi)界罕見(jian)。

  水輪機組維修機器人

  為41歲的葛洲壩做修復手術

  葛洲(zhou)壩，萬里長(chang)江上的(de)第一座大型水電站，2022年迎來它的(de)41歲(sui)生日。

  轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)是發電(dian)機組的“心(xin)臟”，水(shui)(shui)流推動轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)，將盡可能多的能量轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化為電(dian)能。正常運(yun)行時，轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)表面平(ping)滑如瓷(ci)，但(dan)洶涌(yong)的江水(shui)(shui)帶(dai)來能量的同時，也帶(dai)來泥沙猛烈沖(chong)擊轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)表面，留下凹凸(tu)不平(ping)的劃痕(hen)，嚴重影響轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)的健(jian)康。

  41歲的葛洲(zhou)壩，即將(jiang)迎來一次脫胎換骨的“大手術”。

  靠人工，維修(xiu)一臺水輪機(ji)組至少(shao)要(yao)3周，多修(xiu)一天(tian)就要(yao)少(shao)發360萬度電。這一次，大修(xiu)的(de)任務(wu)交給了(le)機(ji)器人。

  把機器人安裝在水輪機轉輪室的(de)內壁上，讓它在復雜的(de)葉(xie)輪間，沿著曲(qu)面(mian)一(yi)邊攀爬，一(yi)邊工作。而且打磨精度要(yao)達到微米級，比醫生整(zheng)容還要(yao)難。

  機(ji)器人(ren)原位(wei)檢修(xiu)大型(xing)水輪機(ji)組，全世界都沒有先例。第一代水輪機(ji)組維修(xiu)機(ji)器人(ren)表現如何，大家拭目以待。

  2小(xiao)時20分(fen)鐘，機器人將兩塊(kuai)近1平方米(mi)的內壁修復(fu)完畢。核準顯(xian)示，機器人重復(fu)定位精度達到(dao)0.06毫米(mi)，加工表面粗(cu)糙度不到(dao)1微(wei)米(mi)，比要求提高了三倍。

  狹小的(de)空間(jian)里(li)，機器人猶如(ru)飛檐走壁的(de)蜘蛛(zhu)俠，輕松完(wan)成(cheng)轉輪內壁和(he)頂部葉片的(de)維修。一(yi)臺機器人24小時就能完(wan)成(cheng)10個人一(yi)周(zhou)的(de)維修工(gong)作。

  2022年5月18日(ri)，轉輪維修完成，比(bi)預計時間提前了(le)(le)30天。智能化解決(jue)方案，讓葛洲壩(ba)煥發(fa)出了(le)(le)新的活力。

  五軸數控機床行云流水

  鉛筆筆尖上雕出電吉他

  一(yi)個加(jia)工(gong)面(mian)型(xing)精度達到微米(mi)級、表(biao)面(mian)粗糙(cao)度Ra10納米(mi)以內的光(guang)學模具零件，要(yao)實現批量制(zhi)造，人手無法勝任(ren)，需要(yao)借助精密的數控機床。

  加工這個精密件需(xu)要用到9把(ba)(ba)刀，每把(ba)(ba)刀都存在微米級的(de)偏(pian)差，失之(zhi)毫厘，謬以千里，破解刀具尺寸誤(wu)差的(de)難題，不斷接近國(guo)際精密加工領(ling)域的(de)最高標準。

  工件加工的(de)凹凸面配合(he)間隙達到(dao)了5微米以內，相當于(yu)一張A4紙厚(hou)度的(de)二(er)十分之(zhi)一，真正做到(dao)了嚴絲合(he)縫。

  調(diao)整(zheng)好的(de)五(wu)軸數控機床就像一雙(shuang)藝術家的(de)手，在面積(ji)只有10.35平方毫米的(de)鉛筆(bi)筆(bi)尖上，雕刻出(chu)了一把精致的(de)電(dian)吉他。只有數控機床的(de)軸運動精度(du)達到微米級，才能做到如此(ci)行云流(liu)水。

  十五年前，自主研發的(de)數控系統在國產機床市場(chang)的(de)占有率還(huan)不足1%，而現在，已經提高到了(le)31.9%。

  國產大負載機器人

  每1分鐘就能完成一輛轎車后側圍板的制造

  安徽(hui)蕪湖的(de)汽(qi)車(che)廠里，26臺國產大負載(zai)機(ji)器人正(zheng)在生產汽(qi)車(che)后(hou)側圍板(ban)，這(zhe)些(xie)機(ji)器人手腕部可以負載(zai)210公(gong)斤，它們精準抓(zhua)取(qu)、上(shang)料、自(zi)動(dong)識別焊縫進(jin)行焊接，每1分鐘就能完成一(yi)輛轎(jiao)車(che)后(hou)側圍板(ban)的(de)制造。

  如今，全球約(yue)三分(fen)之一的工(gong)業(ye)機器人都應用在汽車廠。但是(shi)，縱觀中(zhong)國120家汽車廠，90%以上的機器人都是(shi)國外進口。如果不能(neng)實現自主可控，會(hui)對整個(ge)產業(ye)影(ying)響深遠，國內科(ke)研人員(yuan)要補(bu)上這個(ge)環(huan)節。

  大負(fu)載機器(qi)人最難攻克的(de)(de)就是精度(du)。今天，這臺210公(gong)斤大負(fu)載機器(qi)人的(de)(de)重復定(ding)位精度(du)已(yi)經達到了0.072毫(hao)(hao)米，向0.06毫(hao)(hao)米的(de)(de)國際一流標準又靠近了一步(bu)。

  中國生產工(gong)業機(ji)器人(ren)的(de)企(qi)業有數(shu)百家(jia)(jia)，但是，能夠(gou)批(pi)量(liang)生產100公(gong)斤以(yi)上大(da)負載多關節機(ji)器人(ren)的(de)國內公(gong)司不超(chao)過10家(jia)(jia)。

  大負(fu)載機(ji)器人，這是中國機(ji)器人企(qi)業亟待翻越的一座高山。 

  精度保持性達到0.3弧分

  中國人終于可以生產出高精度的RV減速機

   在工業生產(chan)中，能(neng)挑大梁的機器人往往需(xu)要(yao)負重50公斤以上(shang)，這些頂梁柱的肘關(guan)節必須要(yao)用載荷(he)更大的RV減(jian)速機。

  中(zhong)國工(gong)業機器(qi)人(ren)一年的產量已(yi)經(jing)達到44萬臺。但是，長久以來，70%的RV減速機都是外資品牌。

  2015年，北京工業大(da)學教授張躍(yue)明決定向這一國內空(kong)白技術發起挑戰。

  打開RV減(jian)速(su)機(ji)，里面就像(xiang)一(yi)個太(tai)陽系，既(ji)有(you)太(tai)陽輪，也有(you)行星(xing)(xing)輪。這就是(shi)RV減(jian)速(su)機(ji)的擺線行星(xing)(xing)輪，它們(men)就像(xiang)圍繞太(tai)陽的行星(xing)(xing)，既(ji)有(you)自轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)也有(you)公(gong)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)，自轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)一(yi)圈的同(tong)時(shi)公(gong)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)40圈，通(tong)過多組行星(xing)(xing)運動(dong)實現(xian)精密傳動(dong)，把電機(ji)的高速(su)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)動(dong)降下來，同(tong)時(shi)增大轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)矩，驅動(dong)機(ji)器人手(shou)臂旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)。

  擺線(xian)行(xing)(xing)星輪(lun)是(shi)RV減速(su)機(ji)里的(de)核心(xin)部件(jian)，擺線(xian)行(xing)(xing)星輪(lun)一般(ban)有39個齒，每個齒的(de)廓線(xian)形狀必須保持一致，稍有誤差(cha)就會影響(xiang)整個RV減速(su)機(ji)的(de)傳動精度。

  經過上萬(wan)次的(de)反復(fu)優化，一套獨(du)特的(de)擺線行星輪修形(xing)設計方法形(xing)成了，保證39個齒(chi)形(xing)的(de)廓線誤差控制(zhi)在4微米以內。

  經(jing)過十萬次的測試， RV減速機(ji)的精度(du)(du)保(bao)持性達(da)到了0.3弧分，徹底解(jie)決了磨損(sun)嚴重的問題。跨過嚴苛的微米(mi)制(zhi)造，中國人終于可(ke)以生產出高精度(du)(du)的RV減速機(ji)。

  “中國機械臂”驚艷太空

  炫酷堪比變形金剛

  2022年11月17日，神舟十四號航天(tian)員出(chu)(chu)艙(cang)執(zhi)行任(ren)務(wu)。這(zhe)是中國空間站T字構型完(wan)成后的首次出(chu)(chu)艙(cang)活動。

  和(he)三位宇航員密(mi)切(qie)協同的是兩(liang)條(tiao)“神奇(qi)”的機械臂。

  大機械(xie)臂名(ming)叫“天和(he)機械(xie)臂”，承(cheng)載(zai)力可達25噸(dun)，堪稱(cheng)中國(guo)空間站的“大力士”。

  小機械臂名(ming)叫“問天(tian)機械臂”，雖然承載(zai)力只有(you)3噸，但十分靈(ling)活。

  天(tian)和機(ji)械(xie)臂(bei)有兩根(gen)臂(bei)桿，7個活動關節，展開長度(du)10.2米。這(zhe)么長的一個機(ji)械(xie)臂(bei)，要在零重力環境下，移動范圍(wei)覆蓋所有作(zuo)業區(qu)域，精度(du)還(huan)必須達(da)到5厘米以內。

  研發團隊(dui)一籌莫展的時(shi)候，一位工(gong)程師用圓(yuan)規畫圖，猛然(ran)受(shou)到啟發。就像圓(yuan)規一樣，他們也讓(rang)大型(xing)機械(xie)臂的兩只手當“腳”，互為支點，交替切換向前(qian)移動，實現爬行(xing)轉移。

  年(nian)輕的中國工程師們(men)，打破常規，獨具(ju)創新，讓天和機械臂執行任務的精(jing)度達(da)到毫(hao)米級，出色完成天舟(zhou)貨運艙(cang)抓取和艙(cang)段(duan)在軌轉(zhuan)位，被網友們(men)稱作“百變金剛(gang)”。

  中(zhong)國(guo)開展太空機(ji)械(xie)臂的研發比國(guo)際(ji)上晚了(le)40年，但是我們的進步速(su)度卻讓世界為之驚(jing)嘆。