家用机器人

手的灵活性决定了人类成为这个星球上的主导物种。智能制造也离不开一只好“手”。现在的工业机器人是人的手的延伸。他们是全能球员，粗工细活都能做。“超级焊工”单手就能完成海底沉管的连接；加工光学模具的工业主机可以“无缝”；搬运大梁的机械臂上真的有“太阳系”吗？为超级水利工程做全息体检和局部手术的“圣手”是谁？

　　用机器人焊接世界超级工程

使焊接更有效、更精确、更可靠

深中通道双向八车道，沉管直径大于港珠澳大桥。每根沉管重达9000吨，相当于一艘中型航母。一条海底隧道铺设32根沉管，这将是一项世界超级工程。

在深中水道沉管钢壳制造基地，一条新的沉管即将开工，它采用三明治理结构。

顾名思义，”三明治理结构是用内外两层钢板做成一个巨型钢壳，然后在两层钢板的隔间之间浇筑混凝土。

但巨型钢壳全是焊接而成，每块浸入水中的钢壳焊缝总长度超过300公里。如果采用人工焊接，一个沉入式钢壳需要1000多名焊工，工期长达12个月。如果32个管接头全部手工焊接，显然不可能按时完成任务。这一次，工程师决定开始机器人焊接。

机器人测量钢板的尺寸和位置，大脑根据数据快速发出指令，焊枪上的激光传感器跟踪识别焊缝，实时修正偏差。

如果工人来焊接，至少需要焊接6到8次，机器人可以一气呵成，堪比“超级焊工”。广州广船国际有限公司公司深中通道项目GK01合同段项目管理部总工程师龙:焊接工作量一样的话，我们原来要18个焊工，现在可能只需要4个焊工。而且机器人焊接质量比较稳定。

码头上，制造好的沉入式钢壳正被驳运到船上。一个管接头，顶面面积相当于14个标准篮球场大小。巨型截面的平面度达到4 mm以内，如此高的精度在世界上也是罕见的。

水轮机维修机器人

修复41年的葛洲坝。

长江第一座大型水电站葛洲坝将于2022年迎来41岁生日。

转轮是发电机组的“心脏”，水流带动转轮旋转，将尽可能多的能量转化为电能。正常运行时，转轮表面光滑如瓷，但湍急的河水带来能量的同时，也带来泥沙猛烈冲击转轮表面，留下凹凸不平的划痕，严重影响转轮健康。

41岁的葛洲坝即将进行一次“大手术”。

靠人力，修一台水轮机组至少要3周，多修一天就要损失360万千瓦时的电。这一次，检修的任务交给了机器人。

机器人安装在水轮机转轮室内壁上，可以沿曲面爬行，在复杂的叶轮间工作。而且抛光精度要达到微米级，比医生的整容还要难。

机器人现场检修大型水轮机，国际上没有先例。第一代水轮机维修机器人表现如何，我们拭目以待。

在2小时20分钟内，机器人修复了两个近1平方米的内墙。认可显示，机器人重复定位精度达到0.06 mm，加工表面粗糙度小于1微米，比要求高3倍。

在狭小的空间里，机器人就像一个攀爬的蜘蛛侠，可以轻松完成对转轮内壁和顶部叶片的维护。一个机器人可以在24小时内完成10个人一周的维修工作。

2022年5月18日，转轮维修完成，提前30天。智能化解决方案赋予了葛洲坝新的活力。

五轴数控机床是流动的。

在铅笔尖上雕刻一把电吉他

一个机械加工表面精度达到微米级、表面粗糙度小于Ra10 nm的光学模具零件，靠人手是无法批量制造的，需要精密数控机床的帮助。

加工这个精密零件需要九把刀，每把刀都有微米级的偏差，这是小失大，差之千里。解决了刀具尺寸误差问题，不断向国际精密加工领域的最高标准靠近。

工件凹凸面的间隙小于5微米，相当于一张A4纸厚度的二十分之一，接缝真的很贴合。

调整后的五轴数控机床就像一双艺术家的手，在只有10.35平方毫米的铅笔尖上雕刻出一把精致的电吉他。只有数控机床的轴运动精度达到微米级，才能如此流畅。

15年前，自主研发的数控系统在国内机床市场的份额不到1%，现在已经增长到31.9%。

　　家用重载机器人

每一分钟，你都可以完成汽车后侧板的制造。

安徽芜湖在我们汽车厂，26台国产重载机器人正在生产汽车后侧板。这些机器人的手腕可以负重210公斤。它们能准确抓取、送料、自动识别焊缝进行焊接，每分钟能完成一个汽车后侧板的制造。

如今，全球约三分之一的工业机器人用于汽车工厂。但纵观国内120家汽车工厂，90%以上的机器人都是从国外进口的。如果不能自主控制，会对整个行业产生深远的影响，国内科研人员要弥补这个环节。

精度是重载机器人最难克服的。如今，这款210kg重载机器人的重复定位精度已经达到了0.072mm，离国际一流标准0.06mm又近了一步..

国内生产工业机器人的企业有上百家，但国内有企业可以批量生产100公斤以上大载荷的多关节机器人。公司不超过10个。

重载机器人是中国机器人企业急需攀登的一座大山。

精度保持达到0.3弧分。

中国人终于可以生产出高精度的RV减速器了。

在工业生产中，能打头阵的机器人往往需要承受50公斤以上的重量，这些柱子的肘关节必须使用载荷更大的RV减速器。

我国工业机器人年产量已达44万台。但长期以来，RV减速器70%都是国外品牌。

2015年，北京张月明科技大学教授决定挑战这一国内空白技术。

打开RV减速器，它就像一个太阳系，既有太阳齿轮又有行星轮。这是RV减速器的摆线行星齿轮。它们就像围绕太阳的行星，既有自转又有公转。它们同时做40转，通过多个行星运动实现精确传动，减少了电机的高速旋转，增加了驱动机械臂旋转的扭矩。

摆线行星齿轮是RV减速器的核心部件。摆线行星齿轮一般有39个齿，每个齿的齿形必须一致。稍有误差就会影响整个RV减速器的传动精度。

经过数万次的反复优化，形成了独特的摆线行星齿轮修形设计方法，保证了39个齿廓的齿形误差控制在4微米以内。

经过10万次测试，RV减速器精度保持达到0.3弧分，彻底解决了磨损严重的问题。中国人跨越了严格的微米制造，终于可以生产出高精度的RV减速器了。

“中国操纵者”惊艳太空

像变形金刚一样酷

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型构型完成后的首次出舱活动。

与三名宇航员密切合作的是两个“神奇”的机械臂。

大机械臂名为“天河机械臂”，承重可达25吨，堪称中国空间站的“大力神”。

小机械臂被称为“问天机械臂”。虽然它的承载能力只有3吨，但却非常灵活。

天河机械手有两个手臂和七个活动关节，展开长度为10.2米。这么长的机械手必须覆盖零重力环境下的所有工作区域，精度必须小于5厘米。

当R&D团队不知所措时，一名工程师用圆规画画，突然受到了启发。就像圆规一样，它们也让大型机械臂的两只手充当“脚”，相互充当支点，交替切换前进，实现爬行和转移。

中国年轻的工程师们，他们打破常规，勇于创新，让天河的机械臂以毫米级的精度执行任务，完成了天舟货舱的抓取和舱内的在轨分度。他们被网友称为“百变金刚”。

中国对空间机械臂的研发比世界落后40年，但我们的进步速度让世界惊叹。