——訪加拿大機(jī)器人與自動(dòng)化領(lǐng)域研究主席張丹教授
加拿大機(jī)器人與自動(dòng)化領(lǐng)域研究主席、安大略省理工大學(xué)教授張丹近日在接受科技日?qǐng)?bào)記者專訪時(shí)指出，中國(guó)的機(jī)器人技術(shù)和產(chǎn)業(yè)近年來獲得了長(zhǎng)足進(jìn)步，但在從“跟跑者”向“領(lǐng)跑者”的轉(zhuǎn)變過程中，應(yīng)著重以需求為導(dǎo)向牽引機(jī)器人技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
中國(guó)企業(yè)對(duì)機(jī)器人技術(shù)“如饑似渴”
張丹近年來與國(guó)內(nèi)高校和企業(yè)開展了多層次的合作，僅去年一年就3次回國(guó)交流。張丹說，在去年的北京技術(shù)轉(zhuǎn)移大會(huì)上，前去跟他咨詢技術(shù)合作的企業(yè)絡(luò)繹不絕，明顯感覺到國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)機(jī)器人技術(shù)的需求可謂“如饑似渴”。尤其是南方經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的中小企業(yè)，近年來因?yàn)閯趧?dòng)力和環(huán)境成本的壓力，迫切希望用機(jī)器人來取代人工，以降低生產(chǎn)成本或改善工人的工作條件。
張丹舉例說，作為國(guó)內(nèi)知名的內(nèi)衣罩杯生產(chǎn)商，深圳市香港天紆有限公司過去在生產(chǎn)過程中，需要將長(zhǎng)方形的海綿在高溫條件下擠壓幾分鐘，工人們都是在幾百攝氏度高溫條件下干活，而且每個(gè)工人需要管理兩臺(tái)機(jī)器，勞動(dòng)強(qiáng)度非常高，造成次品率居高不下。張教授根據(jù)該公司的需求，設(shè)計(jì)了胸杯熱成型自動(dòng)化生產(chǎn)線，利用機(jī)械手在導(dǎo)軌間來回穿梭并自動(dòng)操作，這樣可以極大地提高工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)人力成本也大幅降低。在江蘇南通一家國(guó)內(nèi)著名紡紗廠，過去都是女工高強(qiáng)度人工分揀棉紗并包裝，常常造成因欠重被客戶投訴或因超重而虧損，張教授目前正在協(xié)助該企業(yè)設(shè)計(jì)一款機(jī)器人自動(dòng)包裝設(shè)備，可對(duì)棉紗精確稱重并自動(dòng)包裝，從而有效地解決上述問題。像上述對(duì)機(jī)器人技術(shù)具有迫切需求的國(guó)內(nèi)企業(yè)數(shù)不勝數(shù)。
并聯(lián)機(jī)器人可在宏觀和微觀多層次應(yīng)用
張丹因在并聯(lián)機(jī)器人設(shè)計(jì)、制造及控制等領(lǐng)域取得的卓越成就，分別于2010年和2012年入選為加拿大機(jī)械工程院院士、加拿大工程院院士。與開環(huán)的串聯(lián)機(jī)器人相比，閉環(huán)的并聯(lián)機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、速度快、承載力大、精度高的特點(diǎn)，但也具有工作空間小的局限。張教授目前將科研攻關(guān)的重點(diǎn)放在了并聯(lián)機(jī)器人的串聯(lián)化和優(yōu)化工作上，其形象地將之比喻為“將并聯(lián)機(jī)器人和串聯(lián)機(jī)器人作為父母，生育出遺傳父母優(yōu)點(diǎn)的新一代機(jī)器人”。
在宏觀應(yīng)用上，并聯(lián)機(jī)器人的主要應(yīng)用包括工業(yè)零件的拋光去毛刺。目前，連美國(guó)波音飛機(jī)、通用汽車這樣的國(guó)際大公司基本都還是以手工方式進(jìn)行曲面零件拋光去毛刺。張教授曾參訪過加拿大安省奧克維爾的古德里奇有限公司，該公司承接了波音、空客等各大飛機(jī)制造商的起落架生產(chǎn)，當(dāng)時(shí)的工作條件非常惡劣，工人對(duì)零件的拋光去毛刺過程都是手工完成，一小時(shí)就得間歇一次。由于車間彌漫金屬粉塵，很多工人因此患上了皮膚癌和肺癌，年長(zhǎng)的工人由于長(zhǎng)時(shí)手工操作甚至得了肢體麻木。該公司聯(lián)系了張丹教授并準(zhǔn)備采用并聯(lián)機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行改造，這樣工人的工作條件可以大為改觀。
在微觀應(yīng)用層面，張丹設(shè)計(jì)的機(jī)器人柔性并聯(lián)結(jié)構(gòu)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了無需裝配的一體化，其具有幅度小、精度高的特點(diǎn)，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已開始得到應(yīng)用。如微動(dòng)探針可插到細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行基因改造及染色體分類工作。在與中方的合作項(xiàng)目中，張丹的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的利用柔性并聯(lián)結(jié)構(gòu)作為加速傳感器的一款數(shù)字鉛球，其上的傳感器可采集到鉛球推出時(shí)的加速度，將力的變形反饋給計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析后，教練可根據(jù)分析結(jié)果指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)員改進(jìn)動(dòng)作，提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)。此外，張丹還與中科院合肥智能機(jī)械研究所共同開發(fā)出仿土撥鼠的煤礦災(zāi)難救援機(jī)器人技術(shù)及與中國(guó)礦業(yè)大學(xué)合作開發(fā)可充分利用煤礦資源的機(jī)器人薄層挖煤技術(shù)等，取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。
發(fā)展壯大要靠對(duì)核心關(guān)鍵部件的原創(chuàng)攻關(guān)
談及全球機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展路徑，張丹認(rèn)為，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展主要分為工業(yè)機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人兩大類。
工業(yè)機(jī)器人目前正在從汽車行業(yè)的焊接、噴漆等成熟應(yīng)用向其他行業(yè)迅速擴(kuò)展；而服務(wù)機(jī)器人因與人類生活密切相關(guān)，其需求旺盛，發(fā)展勢(shì)頭非常迅猛，且大有超過工業(yè)機(jī)器人的趨勢(shì)。如飛行機(jī)器人已大量應(yīng)用于電線冬季除冰、電影拍攝、地理測(cè)繪甚至軍事偵察領(lǐng)域。服務(wù)機(jī)器人另一個(gè)具有廣闊市場(chǎng)的重要應(yīng)用領(lǐng)域是醫(yī)療康復(fù)和養(yǎng)老，如外骨架機(jī)器人可助力中風(fēng)老人恢復(fù)行走能力，減輕帕金森氏癥患者因手部抖動(dòng)造成的生活不便，未來還可幫助重載荷的士兵在戰(zhàn)場(chǎng)上健步如飛。
張丹指出，目前機(jī)器人技術(shù)在中國(guó)的發(fā)展如火如荼，但還存在著層次較低、仿制多原創(chuàng)少的問題，與美日等國(guó)尚有不小的差距。像高精密減速器等極難仿制和逆向破解的機(jī)器人核心關(guān)鍵部件主要依賴進(jìn)口，占到機(jī)器人總成本的一半以上。如果對(duì)核心關(guān)鍵部件的原創(chuàng)科研攻關(guān)無法實(shí)現(xiàn)突破，將嚴(yán)重制約中國(guó)的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大。
