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上天入海、全能選手!工業(yè)機(jī)器人讓智能制造“酷炫加倍”
2023-08-11 06:04:20來源: 央視新聞客戶端

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”?


(相關(guān)資料圖)

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,萬里長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)在國產(chǎn)機(jī)床市場的占有率還不足1%,而現(xiàn)在,已經(jīng)提高到了31.9%。

國產(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120家汽車廠,90%以上的機(jī)器人都是國外進(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毫米的國際一流標(biāo)準(zhǔn)又靠近了一步。

中國生產(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)器人的國內(nèi)公司不超過10家。

大負(fù)載機(jī)器人,這是中國機(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)。

中國工業(yè)機(jī)器人一年的產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到44萬臺(tái)。但是,長久以來,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)太陽系,既有太陽輪,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,中國人終于可以生產(chǎn)出高精度的RV減速機(jī)。

“中國機(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),展開長度10.2米。這么長的一個(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”。

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

(央視新聞客戶端)

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