上天入海、全能选手！工业机器人让智能制造“酷炫加倍”

来源：央视财经 2023-08-10 16:24:07

手的灵活性决定了人类成为这个星球上的主导物种。智能制造同样离不开一把好“手”。如今，工业机器人就是人们双手的延伸，它们是粗活细活都能干的全能选手。海底沉管的衔接，“超级焊匠”一出手就能搞定；加工光学模具的工业母机可以做到“天衣无缝”；扛大梁的机器人手臂上，真的有一个“太阳系”吗？给超级水利工程做全息体检和局部手术的究竟又是何方“圣手”？

【资料图】

用机器人焊接世界超级工程

让焊接更高效、更精准、更可靠

深中通道双向八车道，沉管直径比港珠澳大桥沉管还要大，每个沉管重达9000吨，相当于一艘中型航母，32个管节沉管铺就一条海底隧道，这又将是一个世界超级工程。

在深中通道沉管钢壳的制造基地，一根新的沉管即将开始建造，它采用的是三明治结构。

顾名思义，“三明治”结构就是用内外两层钢板造出巨型钢壳，然后在两层钢板的隔舱之间进行混凝土浇筑。

然而，巨型钢壳全靠焊接，每个沉管钢壳的焊缝总长度超过300公里，假如用人工焊接，一个沉管钢壳就需要超过1000名焊接工人，工期长达12个月。如果32根管节焊接都靠人工，显然是无法按时完成的任务。这次，工程师决定启用机器人焊接。

机器人测量钢板尺寸和位置，大脑根据数据迅速发出指令，焊枪上的激光感应器跟踪识别焊缝，实时纠偏。

假如工人来焊接，至少需要焊接6到8道，而机器人一气呵成，堪比“超级焊匠”。

广船国际有限公司深中通道项目GK01合同段项目经理部总工程师龙汉新：焊同样的工作量的话，原来我们要18个焊工，现在可能只要4个焊工。而且机器人焊出来的质量比较稳定。

码头上，制造完成的沉管钢壳正在驳运上船。一个管节，顶面面积相当于14个标准篮球场大小。巨型断面的平整度达到4毫米之内，如此高的精度世界罕见。

水轮机组维修机器人

为41岁的葛洲坝做修复手术

葛洲坝，万里长江上的第一座大型水电站，2022年迎来它的41岁生日。

转轮是发电机组的“心脏”，水流推动转轮旋转，将尽可能多的能量转化为电能。正常运行时，转轮表面平滑如瓷，但汹涌的江水带来能量的同时，也带来泥沙猛烈冲击转轮表面，留下凹凸不平的划痕，严重影响转轮的健康。

41岁的葛洲坝，即将迎来一次脱胎换骨的“大手术”。

靠人工，维修一台水轮机组至少要3周，多修一天就要少发360万度电。这一次，大修的任务交给了机器人。

把机器人安装在水轮机转轮室的内壁上，让它在复杂的叶轮间，沿着曲面一边攀爬，一边工作。而且打磨精度要达到微米级，比医生整容还要难。

机器人原位检修大型水轮机组，全世界都没有先例。第一代水轮机组维修机器人表现如何，大家拭目以待。

2小时20分钟，机器人将两块近1平方米的内壁修复完毕。核准显示，机器人重复定位精度达到0.06毫米，加工表面粗糙度不到1微米，比要求提高了三倍。

狭小的空间里，机器人犹如飞檐走壁的蜘蛛侠，轻松完成转轮内壁和顶部叶片的维修。一台机器人24小时就能完成10个人一周的维修工作。

2022年5月18日，转轮维修完成，比预计时间提前了30天。智能化解决方案，让葛洲坝焕发出了新的活力。

五轴数控机床行云流水

铅笔笔尖上雕出电吉他

一个加工面型精度达到微米级、表面粗糙度Ra10纳米以内的光学模具零件，要实现批量制造，人手无法胜任，需要借助精密的数控机床。

加工这个精密件需要用到9把刀，每把刀都存在微米级的偏差，失之毫厘，谬以千里，破解刀具尺寸误差的难题，不断接近国际精密加工领域的最高标准。

工件加工的凹凸面配合间隙达到了5微米以内，相当于一张A4纸厚度的二十分之一，真正做到了严丝合缝。

调整好的五轴数控机床就像一双艺术家的手，在面积只有10.35平方毫米的铅笔笔尖上，雕刻出了一把精致的电吉他。只有数控机床的轴运动精度达到微米级，才能做到如此行云流水。

十五年前，自主研发的数控系统在国产机床市场的占有率还不足1%，而现在，已经提高到了31.9%。

国产大负载机器人

每1分钟就能完成一辆轿车后侧围板的制造

安徽芜湖的汽车厂里，26台国产大负载机器人正在生产汽车后侧围板，这些机器人手腕部可以负载210公斤，它们精准抓取、上料、自动识别焊缝进行焊接，每1分钟就能完成一辆轿车后侧围板的制造。

如今，全球约三分之一的工业机器人都应用在汽车厂。但是，纵观中国120家汽车厂，90%以上的机器人都是国外进口。如果不能实现自主可控，会对整个产业影响深远，国内科研人员要补上这个环节。

大负载机器人最难攻克的就是精度。今天，这台210公斤大负载机器人的重复定位精度已经达到了0.072毫米，向0.06毫米的国际一流标准又靠近了一步。

中国生产工业机器人的企业有数百家，但是，能够批量生产100公斤以上大负载多关节机器人的国内公司不超过10家。

大负载机器人，这是中国机器人企业亟待翻越的一座高山。

精度保持性达到0.3弧分

中国人终于可以生产出高精度的RV减速机

在工业生产中，能挑大梁的机器人往往需要负重50公斤以上，这些顶梁柱的肘关节必须要用载荷更大的RV减速机。

中国工业机器人一年的产量已经达到44万台。但是，长久以来，70%的RV减速机都是外资品牌。

2015年，北京工业大学教授张跃明决定向这一国内空白技术发起挑战。

打开RV减速机，里面就像一个太阳系，既有太阳轮，也有行星轮。这就是RV减速机的摆线行星轮，它们就像围绕太阳的行星，既有自转也有公转，自转一圈的同时公转40圈，通过多组行星运动实现精密传动，把电机的高速转动降下来，同时增大转矩，驱动机器人手臂旋转。

摆线行星轮是RV减速机里的核心部件，摆线行星轮一般有39个齿，每个齿的廓线形状必须保持一致，稍有误差就会影响整个RV减速机的传动精度。

经过上万次的反复优化，一套独特的摆线行星轮修形设计方法形成了，保证39个齿形的廓线误差控制在4微米以内。

经过十万次的测试， RV减速机的精度保持性达到了0.3弧分，彻底解决了磨损严重的问题。跨过严苛的微米制造，中国人终于可以生产出高精度的RV减速机。

“中国机械臂”惊艳太空

炫酷堪比变形金刚

2022年11月17日，神舟十四号航天员出舱执行任务。这是中国空间站T字构型完成后的首次出舱活动。

和三位宇航员密切协同的是两条“神奇”的机械臂。

大机械臂名叫“天和机械臂”，承载力可达25吨，堪称中国空间站的“大力士”。

小机械臂名叫“问天机械臂”，虽然承载力只有3吨，但十分灵活。

天和机械臂有两根臂杆，7个活动关节，展开长度10.2米。这么长的一个机械臂，要在零重力环境下，移动范围覆盖所有作业区域，精度还必须达到5厘米以内。

研发团队一筹莫展的时候，一位工程师用圆规画图，猛然受到启发。就像圆规一样，他们也让大型机械臂的两只手当“脚”，互为支点，交替切换向前移动，实现爬行转移。

年轻的中国工程师们，打破常规，独具创新，让天和机械臂执行任务的精度达到毫米级，出色完成天舟货运舱抓取和舱段在轨转位，被网友们称作“百变金刚”。

中国开展太空机械臂的研发比国际上晚了40年，但是我们的进步速度却让世界为之惊叹。

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