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          行業要聞

          上天入海、全能選手!工業機器人讓智能制造“酷炫加倍”

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

            用機器人焊接世界超級工程

            讓焊接更高效、更精準、更可靠

            深中通道雙向八車道,沉管直徑比港珠澳大橋沉管還要大,每個沉管重達9000噸,相當于一艘中型航母,32個管節沉管鋪就一條海底隧道,這又將是一個世界超級工程。

            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構。

            顧名思義,“三明治”結構就是用內外兩層鋼板造出巨型鋼殼,然后在兩層鋼板的隔艙之間進行混凝土澆筑。

            然而,巨型鋼殼全靠焊接,每個沉管鋼殼的焊縫總長度超過300公里,假如用人工焊接,一個沉管鋼殼就需要超過1000名焊接工人,工期長達12個月。如果32根管節焊接都靠人工,顯然是無法按時完成的任務。這次,工程師決定啟用機器人焊接。

            機器人測量鋼板尺寸和位置,大腦根據數據迅速發出指令,焊槍上的激光感應器跟蹤識別焊縫,實時糾偏。

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

            廣船國際有限公司深中通道項目GK01合同段項目經理部總工程師 龍漢新:焊同樣的工作量的話,原來我們要18個焊工,現在可能只要4個焊工。而且機器人焊出來的質量比較穩定。

            碼頭上,制造完成的沉管鋼殼正在駁運上船。一個管節,頂面面積相當于14個標準籃球場大小。巨型斷面的平整度達到4毫米之內,如此高的精度世界罕見?! ∷啓C組維修機器人

            為41歲的葛洲壩做修復手術

            葛洲壩,萬里長江上的第一座大型水電站,2022年迎來它的41歲生日。

            轉輪是發電機組的“心臟”,水流推動轉輪旋轉,將盡可能多的能量轉化為電能。正常運行時,轉輪表面平滑如瓷,但洶涌的江水帶來能量的同時,也帶來泥沙猛烈沖擊轉輪表面,留下凹凸不平的劃痕,嚴重影響轉輪的健康。

            41歲的葛洲壩,即將迎來一次脫胎換骨的“大手術”。

            靠人工,維修一臺水輪機組至少要3周,多修一天就要少發360萬度電。這一次,大修的任務交給了機器人。

            把機器人安裝在水輪機轉輪室的內壁上,讓它在復雜的葉輪間,沿著曲面一邊攀爬,一邊工作。而且打磨精度要達到微米級,比醫生整容還要難。

            機器人原位檢修大型水輪機組,全世界都沒有先例。第一代水輪機組維修機器人表現如何,大家拭目以待。

            2小時20分鐘,機器人將兩塊近1平方米的內壁修復完畢。核準顯示,機器人重復定位精度達到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,機器人猶如飛檐走壁的蜘蛛俠,輕松完成轉輪內壁和頂部葉片的維修。一臺機器人24小時就能完成10個人一周的維修工作。

            2022年5月18日,轉輪維修完成,比預計時間提前了30天。智能化解決方案,讓葛洲壩煥發出了新的活力。

            五軸數控機床行云流水

            鉛筆筆尖上雕出電吉他

            一個加工面型精度達到微米級、表面粗糙度Ra10納米以內的光學模具零件,要實現批量制造,人手無法勝任,需要借助精密的數控機床。

            加工這個精密件需要用到9把刀,每把刀都存在微米級的偏差,失之毫厘,謬以千里,破解刀具尺寸誤差的難題,不斷接近國際精密加工領域的最高標準。

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

            調整好的五軸數控機床就像一雙藝術家的手,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。只有數控機床的軸運動精度達到微米級,才能做到如此行云流水。

            十五年前,自主研發的數控系統在國產機床市場的占有率還不足1%,而現在,已經提高到了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

            安徽蕪湖的汽車廠里,26臺國產大負載機器人正在生產汽車后側圍板,這些機器人手腕部可以負載210公斤,它們精準抓取、上料、自動識別焊縫進行焊接,每1分鐘就能完成一輛轎車后側圍板的制造。

            如今,全球約三分之一的工業機器人都應用在汽車廠。但是,縱觀中國120家汽車廠,90%以上的機器人都是國外進口。如果不能實現自主可控,會對整個產業影響深遠,國內科研人員要補上這個環節。

            大負載機器人最難攻克的就是精度。今天,這臺210公斤大負載機器人的重復定位精度已經達到了0.072毫米,向0.06毫米的國際一流標準又靠近了一步。

            中國生產工業機器人的企業有數百家,但是,能夠批量生產100公斤以上大負載多關節機器人的國內公司不超過10家。

            大負載機器人,這是中國機器人企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

            在工業生產中,能挑大梁的機器人往往需要負重50公斤以上,這些頂梁柱的肘關節必須要用載荷更大的RV減速機。

            中國工業機器人一年的產量已經達到44萬臺。但是,長久以來,70%的RV減速機都是外資品牌。

            2015年,北京工業大學教授張躍明決定向這一國內空白技術發起挑戰。

            打開RV減速機,里面就像一個太陽系,既有太陽輪,也有行星輪。這就是RV減速機的擺線行星輪,它們就像圍繞太陽的行星,既有自轉也有公轉,自轉一圈的同時公轉40圈,通過多組行星運動實現精密傳動,把電機的高速轉動降下來,同時增大轉矩,驅動機器人手臂旋轉。

            擺線行星輪是RV減速機里的核心部件,擺線行星輪一般有39個齒,每個齒的廓線形狀必須保持一致,稍有誤差就會影響整個RV減速機的傳動精度。

            經過上萬次的反復優化,一套獨特的擺線行星輪修形設計方法形成了,保證39個齒形的廓線誤差控制在4微米以內。

            經過十萬次的測試, RV減速機的精度保持性達到了0.3弧分,徹底解決了磨損嚴重的問題??邕^嚴苛的微米制造,中國人終于可以生產出高精度的RV減速機。

            “中國機械臂”驚艷太空

            炫酷堪比變形金剛

            2022年11月17日,神舟十四號航天員出艙執行任務。這是中國空間站T字構型完成后的首次出艙活動。

            和三位宇航員密切協同的是兩條“神奇”的機械臂。

            大機械臂名叫“天和機械臂”,承載力可達25噸,堪稱中國空間站的“大力士”。

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

            天和機械臂有兩根臂桿,7個活動關節,展開長度10.2米。這么長的一個機械臂,要在零重力環境下,移動范圍覆蓋所有作業區域,精度還必須達到5厘米以內。

            研發團隊一籌莫展的時候,一位工程師用圓規畫圖,猛然受到啟發。就像圓規一樣,他們也讓大型機械臂的兩只手當“腳”,互為支點,交替切換向前移動,實現爬行轉移。

            年輕的中國工程師們,打破常規,獨具創新,讓天和機械臂執行任務的精度達到毫米級,出色完成天舟貨運艙抓取和艙段在軌轉位,被網友們稱作“百變金剛”。

            中國開展太空機械臂的研發比國際上晚了40年,但是我們的進步速度卻讓世界為之驚嘆。

            

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