中國(guó)青年網(wǎng)

手的靈活性決定了人類成為這個(gè)星球上的主導(dǎo)物種,。智能制造同樣離不開一把好“手”,。如今,，工業(yè)機(jī)器人就是人們雙手的延伸,，它們是粗活細(xì)活都能干的全能選手,。海底沉管的銜接,，“超級(jí)焊匠”一出手就能搞定；加工光學(xué)模具的工業(yè)母機(jī)可以做到“天衣無縫”,；扛大梁的機(jī)器人手臂上,，真的有一個(gè)“太陽(yáng)系”嗎？給超級(jí)水利工程做全息體檢和局部手術(shù)的究竟又是何方“圣手”,？

用機(jī)器人焊接世界超級(jí)工程

讓焊接更高效,、更精準(zhǔn)、更可靠

深中通道雙向八車道,，沉管直徑比港珠澳大橋沉管還要大,，每個(gè)沉管重達(dá)9000噸，相當(dāng)于一艘中型航母,，32個(gè)管節(jié)沉管鋪就一條海底隧道,，這又將是一個(gè)世界超級(jí)工程。

在深中通道沉管鋼殼的制造基地,，一根新的沉管即將開始建造,，它采用的是三明治結(jié)構(gòu)。

顧名思義,，“三明治”結(jié)構(gòu)就是用內(nèi)外兩層鋼板造出巨型鋼殼，然后在兩層鋼板的隔艙之間進(jìn)行混凝土澆筑。

然而,，巨型鋼殼全靠焊接,，每個(gè)沉管鋼殼的焊縫總長(zhǎng)度超過300公里，假如用人工焊接,，一個(gè)沉管鋼殼就需要超過1000名焊接工人,，工期長(zhǎng)達(dá)12個(gè)月。如果32根管節(jié)焊接都靠人工,，顯然是無法按時(shí)完成的任務(wù),。這次，工程師決定啟用機(jī)器人焊接,。

機(jī)器人測(cè)量鋼板尺寸和位置,，大腦根據(jù)數(shù)據(jù)迅速發(fā)出指令，焊槍上的激光感應(yīng)器跟蹤識(shí)別焊縫,，實(shí)時(shí)糾偏,。

假如工人來焊接，至少需要焊接6到8道,，而機(jī)器人一氣呵成,，堪比“超級(jí)焊匠”。

廣船國(guó)際有限公司深中通道項(xiàng)目GK01合同段項(xiàng)目經(jīng)理部總工程師 龍漢新：焊同樣的工作量的話,，原來我們要18個(gè)焊工,，現(xiàn)在可能只要4個(gè)焊工。而且機(jī)器人焊出來的質(zhì)量比較穩(wěn)定,。

碼頭上,，制造完成的沉管鋼殼正在駁運(yùn)上船。一個(gè)管節(jié),，頂面面積相當(dāng)于14個(gè)標(biāo)準(zhǔn)籃球場(chǎng)大小,。巨型斷面的平整度達(dá)到4毫米之內(nèi)，如此高的精度世界罕見,。

水輪機(jī)組維修機(jī)器人

為41歲的葛洲壩做修復(fù)手術(shù)

葛洲壩,，萬(wàn)里長(zhǎng)江上的第一座大型水電站，2022年迎來它的41歲生日,。

轉(zhuǎn)輪是發(fā)電機(jī)組的“心臟”,，水流推動(dòng)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，將盡可能多的能量轉(zhuǎn)化為電能,。正常運(yùn)行時(shí),，轉(zhuǎn)輪表面平滑如瓷，但洶涌的江水帶來能量的同時(shí),，也帶來泥沙猛烈沖擊轉(zhuǎn)輪表面,，留下凹凸不平的劃痕,，嚴(yán)重影響轉(zhuǎn)輪的健康。

41歲的葛洲壩,，即將迎來一次脫胎換骨的“大手術(shù)”,。

靠人工，維修一臺(tái)水輪機(jī)組至少要3周,，多修一天就要少發(fā)360萬(wàn)度電,。這一次，大修的任務(wù)交給了機(jī)器人,。

把機(jī)器人安裝在水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪室的內(nèi)壁上,，讓它在復(fù)雜的葉輪間，沿著曲面一邊攀爬,，一邊工作,。而且打磨精度要達(dá)到微米級(jí)，比醫(yī)生整容還要難,。

機(jī)器人原位檢修大型水輪機(jī)組,，全世界都沒有先例。第一代水輪機(jī)組維修機(jī)器人表現(xiàn)如何,，大家拭目以待,。

2小時(shí)20分鐘，機(jī)器人將兩塊近1平方米的內(nèi)壁修復(fù)完畢,。核準(zhǔn)顯示,，機(jī)器人重復(fù)定位精度達(dá)到0.06毫米，加工表面粗糙度不到1微米,，比要求提高了三倍,。

狹小的空間里，機(jī)器人猶如飛檐走壁的蜘蛛俠,，輕松完成轉(zhuǎn)輪內(nèi)壁和頂部葉片的維修,。一臺(tái)機(jī)器人24小時(shí)就能完成10個(gè)人一周的維修工作。

2022年5月18日,，轉(zhuǎn)輪維修完成,，比預(yù)計(jì)時(shí)間提前了30天。智能化解決方案,，讓葛洲壩煥發(fā)出了新的活力,。

五軸數(shù)控機(jī)床行云流水

鉛筆筆尖上雕出電吉他

一個(gè)加工面型精度達(dá)到微米級(jí)、表面粗糙度Ra10納米以內(nèi)的光學(xué)模具零件,，要實(shí)現(xiàn)批量制造,，人手無法勝任，需要借助精密的數(shù)控機(jī)床,。

加工這個(gè)精密件需要用到9把刀,，每把刀都存在微米級(jí)的偏差,，失之毫厘，謬以千里,，破解刀具尺寸誤差的難題,，不斷接近國(guó)際精密加工領(lǐng)域的最高標(biāo)準(zhǔn)。

工件加工的凹凸面配合間隙達(dá)到了5微米以內(nèi),，相當(dāng)于一張A4紙厚度的二十分之一，真正做到了嚴(yán)絲合縫,。

調(diào)整好的五軸數(shù)控機(jī)床就像一雙藝術(shù)家的手,，在面積只有10.35平方毫米的鉛筆筆尖上，雕刻出了一把精致的電吉他,。只有數(shù)控機(jī)床的軸運(yùn)動(dòng)精度達(dá)到微米級(jí),，才能做到如此行云流水。

十五年前,，自主研發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)在國(guó)產(chǎn)機(jī)床市場(chǎng)的占有率還不足1%,，而現(xiàn)在，已經(jīng)提高到了31.9%,。

國(guó)產(chǎn)大負(fù)載機(jī)器人

每1分鐘就能完成一輛轎車后側(cè)圍板的制造

安徽蕪湖的汽車廠里,，26臺(tái)國(guó)產(chǎn)大負(fù)載機(jī)器人正在生產(chǎn)汽車后側(cè)圍板，這些機(jī)器人手腕部可以負(fù)載210公斤,，它們精準(zhǔn)抓取,、上料、自動(dòng)識(shí)別焊縫進(jìn)行焊接,，每1分鐘就能完成一輛轎車后側(cè)圍板的制造,。

如今，全球約三分之一的工業(yè)機(jī)器人都應(yīng)用在汽車廠,。但是,，縱觀中國(guó)120家汽車廠，90%以上的機(jī)器人都是國(guó)外進(jìn)口,。如果不能實(shí)現(xiàn)自主可控,，會(huì)對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)影響深遠(yuǎn)，國(guó)內(nèi)科研人員要補(bǔ)上這個(gè)環(huán)節(jié),。

大負(fù)載機(jī)器人最難攻克的就是精度,。今天，這臺(tái)210公斤大負(fù)載機(jī)器人的重復(fù)定位精度已經(jīng)達(dá)到了0.072毫米,，向0.06毫米的國(guó)際一流標(biāo)準(zhǔn)又靠近了一步,。

中國(guó)生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人的企業(yè)有數(shù)百家，但是,，能夠批量生產(chǎn)100公斤以上大負(fù)載多關(guān)節(jié)機(jī)器人的國(guó)內(nèi)公司不超過10家,。

大負(fù)載機(jī)器人,，這是中國(guó)機(jī)器人企業(yè)亟待翻越的一座高山。

精度保持性達(dá)到0.3弧分

中國(guó)人終于可以生產(chǎn)出高精度的RV減速機(jī)

在工業(yè)生產(chǎn)中,，能挑大梁的機(jī)器人往往需要負(fù)重50公斤以上,，這些頂梁柱的肘關(guān)節(jié)必須要用載荷更大的RV減速機(jī)。

中國(guó)工業(yè)機(jī)器人一年的產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到44萬(wàn)臺(tái),。但是,，長(zhǎng)久以來，70%的RV減速機(jī)都是外資品牌,。

2015年,，北京工業(yè)大學(xué)教授張躍明決定向這一國(guó)內(nèi)空白技術(shù)發(fā)起挑戰(zhàn)。

打開RV減速機(jī),，里面就像一個(gè)太陽(yáng)系,，既有太陽(yáng)輪，也有行星輪,。這就是RV減速機(jī)的擺線行星輪,，它們就像圍繞太陽(yáng)的行星，既有自轉(zhuǎn)也有公轉(zhuǎn),，自轉(zhuǎn)一圈的同時(shí)公轉(zhuǎn)40圈,，通過多組行星運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)精密傳動(dòng)，把電機(jī)的高速轉(zhuǎn)動(dòng)降下來,，同時(shí)增大轉(zhuǎn)矩,，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手臂旋轉(zhuǎn)。

擺線行星輪是RV減速機(jī)里的核心部件,，擺線行星輪一般有39個(gè)齒,，每個(gè)齒的廓線形狀必須保持一致，稍有誤差就會(huì)影響整個(gè)RV減速機(jī)的傳動(dòng)精度,。

經(jīng)過上萬(wàn)次的反復(fù)優(yōu)化,，一套獨(dú)特的擺線行星輪修形設(shè)計(jì)方法形成了，保證39個(gè)齒形的廓線誤差控制在4微米以內(nèi),。

經(jīng)過十萬(wàn)次的測(cè)試,， RV減速機(jī)的精度保持性達(dá)到了0.3弧分，徹底解決了磨損嚴(yán)重的問題,?？邕^嚴(yán)苛的微米制造，中國(guó)人終于可以生產(chǎn)出高精度的RV減速機(jī),。

“中國(guó)機(jī)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(hào)航天員出艙執(zhí)行任務(wù)。這是中國(guó)空間站T字構(gòu)型完成后的首次出艙活動(dòng),。

和三位宇航員密切協(xié)同的是兩條“神奇”的機(jī)械臂,。

大機(jī)械臂名叫“天和機(jī)械臂”,，承載力可達(dá)25噸，堪稱中國(guó)空間站的“大力士”,。

小機(jī)械臂名叫“問天機(jī)械臂”,，雖然承載力只有3噸，但十分靈活,。

天和機(jī)械臂有兩根臂桿,，7個(gè)活動(dòng)關(guān)節(jié)，展開長(zhǎng)度10.2米,。這么長(zhǎng)的一個(gè)機(jī)械臂,，要在零重力環(huán)境下，移動(dòng)范圍覆蓋所有作業(yè)區(qū)域,，精度還必須達(dá)到5厘米以內(nèi)。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)一籌莫展的時(shí)候,，一位工程師用圓規(guī)畫圖,，猛然受到啟發(fā)。就像圓規(guī)一樣,，他們也讓大型機(jī)械臂的兩只手當(dāng)“腳”,，互為支點(diǎn)，交替切換向前移動(dòng),，實(shí)現(xiàn)爬行轉(zhuǎn)移,。

年輕的中國(guó)工程師們，打破常規(guī),，獨(dú)具創(chuàng)新,，讓天和機(jī)械臂執(zhí)行任務(wù)的精度達(dá)到毫米級(jí)，出色完成天舟貨運(yùn)艙抓取和艙段在軌轉(zhuǎn)位,，被網(wǎng)友們稱作“百變金剛”,。

中國(guó)開展太空機(jī)械臂的研發(fā)比國(guó)際上晚了40年，但是我們的進(jìn)步速度卻讓世界為之驚嘆,。

（來源：央視財(cái)經(jīng)）