又一世界超级工程,来了!背后离不开一把好“手”

浏览:44115 次    发布日期:2023-12-06 20:11:42
  手的手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”。又世如今,界超级工工业机器人就是程背人们双手的延伸,它们是后离粗活细活都能干的全能选手。海底沉管的不开把好衔接,“超级焊匠”一出手就能搞定;加工光学模具的手工业母机可以做到“天衣无缝”;扛大梁的机器人手臂上,真的又世有一个“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”?

  中央广播电视总台财经节目中心大型纪录片《智造中国》,以五集的界超级工篇幅,记录中国正在发生的程背工业智能化和数字化变革。8月7日至10日每天19:48、后离8月11日21:30在央视财经频道播出,不开把好每天18:00在央视财经客户端、手央视频同步上线,又世今晚播出第三集《得心应手》。界超级工

  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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