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张丹:机器人“跟跑”走向“领跑” 零部件创新很重要

2015年02月11日 09:46中国机床商务网点击:4739

  【中国机床商务网 市场分析】机器人距离人类的生活越来越近,一场以机器人技术为核心的产业风暴正在席卷全球。习近平总书记在去年两院院士大会上提到,机器人产业将是“第三次工业革命”的一个切入点和重要增长点。加拿大机器人与自动化领域研究主席、安大略省理工大学教授张丹近日在接受专访时指出,中国的机器人技术和产业近年来获得了长足进步,但在从“跟跑者”向“领跑者”的转变过程中,应着重以需求为导向牵引机器人技术和产业的发展。
  
  
加拿大工程院院士、机器人与自动化领域研究主席张丹教授
  
  中国企业对机器人技术“如飢似渴”
  
  张丹近年来与国内高校和企业开展了多层次的合作,仅去年一年就3次回国交流。张丹说,在去年的北京技术转移大会上,前去跟他咨询技术合作的企业络绎不绝,明显感觉到国内企业对机器人技术的需求可谓“如飢似渴”。尤其是南方经济发达地区的中小企业,近年来因为劳动力和环境成本的压力,迫切希望用机器人来取代人工,以降低生产成本或改善工人的工作条件。
  
  张丹举例说,作为国内知名的内衣罩杯生产商,深圳市香港天纡有限公司过去在生产过程中,需要将长方形的海绵在高温条件下挤压几分钟,工人们都是在几百摄氏度高温条件下干活,而且每个工人需要管理两台机器,劳动强度非常高,造成次品率居高不下。张教授根据该公司的需求,设计了胸杯热成型自动化生产线,利用机械手在导轨间来回穿梭并自动操作,这样可以极大地提高工作效率和产品质量,同时人力成本也大幅降低。在江苏南通一家国内著名纺纱厂,过去都是女工高强度人工分拣棉纱并包装,常常造成因欠重被客户投诉或因超重而亏损,张教授目前正在协助该企业设计一款机器人自动包装设备,可对棉纱精确称重并自动包装,从而有效地解决上述问题。像上述对机器人技术具有迫切需求的国内企业数不胜数。
  
  并联机器人可在宏观和微观多层次应用
  
  张丹因在并联机器人设计、制造及控制等领域取得的卓越成就,分别于2010年和2012年入选为加拿大机械工程院院士、加拿大工程院院士。与开环的串联机器人相比,闭环的并联机器人具有结构稳定、速度快、承载力大、精度高的特点,但也具有工作空间小的局限。张教授目前将科研攻关的重点放在了并联机器人的串联化和优化工作上,其形象地将之比喻为“将并联机器人和串联机器人作为父母,生育出遗传父母优点的新一代机器人”。
  
  在宏观应用上,并联机器人的主要应用包括工业零件的抛光去毛刺。目前,连美国波音飞机、通用汽车这样的国际大公司基本都还是以手工方式进行曲面零件抛光去毛刺。张教授曾参访过加拿大安省奥克维尔的古德里奇有限公司,该公司承接了波音、空客等各大飞机制造商的起落架生产,当时的工作条件非常恶劣,工人对零件的抛光去毛刺过程都是手工完成,一小时就得间歇一次。由于车间弥漫金属粉尘,很多工人因此患上了皮肤癌和肺癌,年长的工人由于长时手工操作甚至得了肢体麻木。该公司联系了张丹教授并准备采用并联机器人技术进行改造,这样工人的工作条件可以大为改观。
  
  在微观应用层面,张丹设计的机器人柔性并联结构,已经实现了无需装配的一体化,其具有幅度小、精度高的特点,在生物医学领域已开始得到应用。如微动探针可插到细胞内进行基因改造及染色体分类工作。在与中方的合作项目中,张丹的团队设计的利用柔性并联结构作为加速传感器的一款数字铅球,其上的传感器可采集到铅球推出时的加速度,将力的变形反馈给计算机进行分析后,教练可根据分析结果指导运动员改进动作,提高运动成绩。此外,张丹还与中科院合肥智能机械研究所共同开发出仿土拨鼠的煤矿灾难救援机器人技术及与中国矿业大学合作开发可充分利用煤矿资源的机器人薄层挖煤技术等,取得了良好的社会和经济效益。
  
  发展壮大要靠对核心关键部件的原创攻关
  
  谈及全球机器人技术的发展路径,张丹认为,机器人技术的发展主要分为工业机器人和服务机器人两大类。
  
  工业机器人目前正在从汽车行业的焊接、喷漆等成熟应用向其他行业迅速扩展﹔而服务机器人因与人类生活密切相关,其需求旺盛,发展势头非常迅猛,且大有超过工业机器人的趋势。如飞行机器人已大量应用于电线冬季除冰、电影拍摄、地理测绘甚至军事侦察领域。服务机器人另一个具有广阔市场的重要应用领域是医疗康复和养老,如外骨架机器人可助力中风老人恢复行走能力,减轻帕金森氏症患者因手部抖动造成的生活不便,未来还可帮助重载荷的士兵在战场上健步如飞。
  
  张丹指出,目前机器人技术在中国的发展如火如荼,但还存在着层次较低、仿制多原创少的问题,与美日等国尚有不小的差距。像高精密减速器等极难仿制和逆向破解的机器人核心关键部件主要依赖进口,占到机器人总成本的一半以上。如果对核心关键部件的原创科研攻关无法实现突破,将严重制约中国的机器人产业的发展壮大。
(来源:科技日报)

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