——訪加拿大機器人與自動化領(lǐng)域研究主席張丹教授
加拿大機器人與自動化領(lǐng)域研究主席、安大略省理工大學教授張丹近日在接受科技日報記者專訪時指出，中國的機器人技術(shù)和產(chǎn)業(yè)近年來獲得了長足進步，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)向牽引機器人技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
中國企業(yè)對機器人技術(shù)“如饑似渴”
張丹近年來與國內(nèi)高校和企業(yè)開展了多層次的合作，僅去年一年就3次回國交流。張丹說，在去年的北京技術(shù)轉(zhuǎn)移大會上，前去跟他咨詢技術(shù)合作的企業(yè)絡(luò)繹不絕，明顯感覺到國內(nèi)企業(yè)對機器人技術(shù)的需求可謂“如饑似渴”。尤其是南方經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)的中小企業(yè)，近年來因為勞動力和環(huán)境成本的壓力，迫切希望用機器人來取代人工，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，而且每個工人需要管理兩臺機器，勞動強度非常高，造成次品率居高不下。張教授根據(jù)該公司的需求，設(shè)計了胸杯熱成型自動化生產(chǎn)線，利用機械手在導(dǎo)軌間來回穿梭并自動操作，這樣可以極大地提高工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時人力成本也大幅降低。在江蘇南通一家國內(nèi)著名紡紗廠，過去都是女工高強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)計一款機器人自動包裝設(shè)備，可對棉紗精確稱重并自動包裝，從而有效地解決上述問題。像上述對機器人技術(shù)具有迫切需求的國內(nèi)企業(yè)數(shù)不勝數(shù)。
并聯(lián)機器人可在宏觀和微觀多層次應(yīng)用
張丹因在并聯(lián)機器人設(shè)計、制造及控制等領(lǐng)域取得的卓越成就，分別于2010年和2012年入選為加拿大機械工程院院士、加拿大工程院院士。與開環(huán)的串聯(lián)機器人相比，閉環(huán)的并聯(lián)機器人具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、速度快、承載力大、精度高的特點，但也具有工作空間小的局限。張教授目前將科研攻關(guān)的重點放在了并聯(lián)機器人的串聯(lián)化和優(yōu)化工作上，其形象地將之比喻為“將并聯(lián)機器人和串聯(lián)機器人作為父母，生育出遺傳父母優(yōu)點的新一代機器人”。
在宏觀應(yīng)用上，并聯(lián)機器人的主要應(yīng)用包括工業(yè)零件的拋光去毛刺。目前，連美國波音飛機、通用汽車這樣的國際大公司基本都還是以手工方式進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、空客等各大飛機制造商的起落架生產(chǎn)，當時的工作條件非常惡劣，工人對零件的拋光去毛刺過程都是手工完成，一小時就得間歇一次。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，年長的工人由于長時手工操作甚至得了肢體麻木。該公司聯(lián)系了張丹教授并準備采用并聯(lián)機器人技術(shù)進行改造，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)計的機器人柔性并聯(lián)結(jié)構(gòu)，已經(jīng)實現(xiàn)了無需裝配的一體化，其具有幅度小、精度高的特點，在生物醫(yī)學領(lǐng)域已開始得到應(yīng)用。如微動探針可插到細胞內(nèi)進行基因改造及染色體分類工作。在與中方的合作項目中，張丹的團隊設(shè)計的利用柔性并聯(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的加速度，將力的變形反饋給計算機進行分析后，教練可根據(jù)分析結(jié)果指導(dǎo)運動員改進動作，提高運動成績。此外，張丹還與中科院合肥智能機械研究所共同開發(fā)出仿土撥鼠的煤礦災(zāi)難救援機器人技術(shù)及與中國礦業(yè)大學合作開發(fā)可充分利用煤礦資源的機器人薄層挖煤技術(shù)等，取得了良好的社會和經(jīng)濟效益。
發(fā)展壯大要靠對核心關(guān)鍵部件的原創(chuàng)攻關(guān)
談及全球機器人技術(shù)的發(fā)展路徑，張丹認為，機器人技術(shù)的發(fā)展主要分為工業(yè)機器人和服務(wù)機器人兩大類。
工業(yè)機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)迅速擴展；而服務(wù)機器人因與人類生活密切相關(guān)，其需求旺盛，發(fā)展勢頭非常迅猛，且大有超過工業(yè)機器人的趨勢。如飛行機器人已大量應(yīng)用于電線冬季除冰、電影拍攝、地理測繪甚至軍事偵察領(lǐng)域。服務(wù)機器人另一個具有廣闊市場的重要應(yīng)用領(lǐng)域是醫(yī)療康復(fù)和養(yǎng)老，如外骨架機器人可助力中風老人恢復(fù)行走能力，減輕帕金森氏癥患者因手部抖動造成的生活不便，未來還可幫助重載荷的士兵在戰(zhàn)場上健步如飛。
張丹指出，目前機器人技術(shù)在中國的發(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器人核心關(guān)鍵部件主要依賴進口，占到機器人總成本的一半以上。如果對核心關(guān)鍵部件的原創(chuàng)科研攻關(guān)無法實現(xiàn)突破，將嚴重制約中國的機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大。
