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東方(fang)網︰上海航天805所開創設計機器人雙輸入(ru)差速驅動裝(zhuang)置
瀏(liu)覽︰ 發布日期︰2020-03-30

據《青(qing)年報》報道,機器人的“肌肉”系統一般都(du)是“一個輸入(ru)一個輸出”,為了讓機器人的“肌肉”更(geng)加靈活(huo)與強壯,中國航天科技(ji)集團公司上海航天805所的高鵬團隊(dui),開創了“兩個輸入(ru)一個輸出”。這(zhe)就好比ren) 魅碩啻盍艘惶tiao)“骨qu)ge)肌”,由此提(ti)高了機器人的性能(neng)與可(ke)靠性。

然huan)  敉哦dui)you)駒讜斗fang)︰“希望這(zhe)項技(ji)術(shu)能(neng)推廣到更(geng)多領域應用,目前我們只是剛剛邁出了第一步。”

1個“80後”和2個“85後”的核心團隊(dui)

高鵬核心團隊(dui),由1個“80後”和2個“85後”組(zu)成。

出生于1982年的高鵬,博士畢業于上海交通大學精密儀(yi)器及(ji)機械專業,年紀輕輕已是高級工(gong)程(cheng)師(shi)。如此年輕就挑大梁絕(jue)非偶然︰2012年進入(ru)中國航天科技(ji)集團公司上海航天805所工(gong)作的他一直從事驅動控制領域項目研(yan)制工(gong)作,在機器人技(ji)術(shu)研(yan)究方(fang)面具有(you)突(tu)出的研(yan)發和創新能(neng)力,主持(chi)並(bing)參與了多項省(sheng)部(bu)級研(yan)究項目,已成長(chang)為驅動控制及(ji)機器人領域的重要技(ji)術(shu)骨干(gan)。近些年來(lai),高鵬帶領其團隊(dui)通過對機器人技(ji)術(shu)和產業的調研(yan),結合單位在驅動控制領域的發展需(xu)求,瞄準機器人產業核心驅動器件進行技(ji)術(shu)研(yan)究和產品研(yan)制。

工(gong)程(cheng)師(shi)宗魏是上海航天自己(ji)培養的碩士,學的是飛行器設計專業,主要從事機械設計及(ji)測(ce)試(shi)技(ji)術(shu)研(yan)究,參與了機器人雙輸入(ru)差速驅動器的機械設計和樣機測(ce)試(shi)。值得一提(ti)的是,出生于1985年的她,雖然有(you)著男性的名字,卻是這(zhe)個團隊(dui)里唯一huai)吶 浴/p>

出生于1988年的劉天明(ming),更(geng)是一位年輕的工(gong)程(cheng)師(shi),去年剛從上海航天飛行器設計專業碩士畢業,初生牛(niu)犢不怕虎的精神驅使他在研(yan)究ke)詡渚筒斡氳交魅慫 淙ru)差速驅動器的驅動方(fang)案gan)杓乒??小/p>

“宗魏有(you)工(gong)程(cheng)化經驗,在實際工(gong)作中,提(ti)供了不少寶(bao)貴的經驗和建議。”高鵬笑(xiao)著評價道,作為一名女性,宗魏就像是一個“潤(run)滑劑”。“在機械設計過程(cheng)中,每(mei)個人的想(xiang)法(fa)不一樣,她會‘以(yi)柔克剛’,把大家的想(xiang)法(fa)綜(zong)合、歸納,提(ti)出合理化建議,為團隊(dui)you)』鋨樗歐  彼倉鞫 8浩鷙笄詒U系慕巧  鉅ye)加班時一碗碗熱氣(qi)騰騰的泡面給予的正是拼搏的不竭動力。”

此外,團隊(dui)還有(you)幾位技(ji)術(shu)“大咖”曾令斌、韓亮亮的鼎力相助。“我們團隊(dui)成員全部(bu)都(du)是‘80後’,都(du)懷揣著欲與天公試(shi)比高的情懷。”高鵬說,年輕的優勢是充滿(man)激情,敢于挑戰(zhan),善于創新,思維不拘(ju)一格,行為果斷(duan)。但也有(you)不足,那就是經驗少,考慮不夠(gou)全面。正是在“老法(fa)師(shi)”任(ren)安業、鄒懷武等研(yan)究員的指點和幫助下,才實現了機器人雙輸入(ru)差速驅動器的完(wan)美lai)蛟 /p>

靈感來(lai)自于汽(qi)車差動器的逆向啟(qi)發

成立兩年來(lai),高鵬團隊(dui)始終致力于以(yi)機器人為代表的智能(neng)裝(zhuang)備核心器件的自主創新,在提(ti)高性能(neng)和降本增效的道路上不huan)咸剿鰲;誄chang)期從事機器人研(yan)究經歷,源(yuan)自于對實際機構驅動控制問題的思考與創新,開創性設計出這(zhe)種機器人雙輸入(ru)差速驅動裝(zhuang)置。“像達芬(fen)奇醫療機器人,可(ke)以(yi)給病人動手zhi)  壞(huai)┌捎夢頤塹乃 淙ru)系統,可(ke)以(yi)讓它的‘手臂’變得更(geng)加柔軟,動作更(geng)加順暢,提(ti)高操(cao)作的精準性,從而提(ti)高醫療的安全性,降低醫療成本。”

創新不是一huo)磯偷摹ldquo;我們的idea來(lai)源(yuan)于汽(qi)車差動器。汽(qi)車是靠一個發動機輸入(ru),兩個輪(lun)子(zi)輸出,正是采用了差動器才實現轉向時內(na)車輪(lun)和外車輪(lun)速度不一樣輸出。于是,我們通過逆向思維,‘兩個輸入(ru)一個輸出’的idea便由此產生了。但是,我們始終追求的目標是︰設計的結構形式要便捷,而且還要控制好它的成本。”高鵬介紹說,在完(wan)成原(yuan)型設計工(gong)作之後,如何(he)低成本、高可(ke)靠實現產品成為擺在團隊(dui)面前的問題。他們深入(ru)到加工(gong)制造第一線(xian),通過大量的走訪調研(yan)找到了合適的制造伙伴,但是對于首台樣機的制造與調試(shi)並(bing)不是一帆風順的,工(gong)藝(yi)和材料成為需(xu)要亟待解決(jue)的首要問題。團隊(dui)成員蹲點到生產車間,與工(gong)人師(shi)傅共同探索,通過反復的嘗試(shi),探尋到合理的加工(gong)方(fang)法(fa),既保證質(zhi)量的同時又(you)提(ti)高加工(gong)效率(lv)sheng)M 保 故shi)驗出理想(xiang)的材料,在提(ti)高壽命的同時又(you)降低成本。裝(zhuang)配過程(cheng)中的磕絆和調試(shi)過程(cheng)中的困擾絲毫(hao)沒有(you)阻擋團隊(dui)的信心,經過反復實驗測(ce)試(shi)和設計改(gai)進,產品的運動性能(neng)、控制性能(neng)更(geng)加趨(qu)于合理化。

成品出來(lai)後,通過初期的測(ce)試(shi)效果滿(man)意(yi)︰作為機器人核心器件,雙輸入(ru)差速驅動器不僅擺脫了對國外諧波或RV常規驅動產品的限制,而且具有(you)低間隙(xi)小回差、調速範圍(wei)寬(kuan)、快速無(wu)極換向、冗余(yu)備份(fen)、能(neng)源(yuan)回收等性能(neng),適用于高精度傳(chuan)動與控制,而且憑借(jie)其簡(jian)單制造工(gong)藝(yi)和低廉研(yan)制成本可(ke)實現未來(lai)產業化發展。

記者(zhe)看到的這(zhe)款裝(zhuang)置大概(gai)只有(you)碗口大小,安裝(zhuang)在機器人“關節”里,但它是小身(shen)材,大能(neng)量。

“常規產品只能(neng)實現固定力矩速度變換,有(you)著運動響應依(yi)賴于電機性能(neng)等不足。”高鵬例舉了自己(ji)產品的種種好處︰寬(kuan)範圍(wei)調速、無(wu)極換向、傳(chuan)動精度高、能(neng)源(yuan)回收、剛度變換、冗余(yu)備份(fen)。“像能(neng)源(yuan)回收,常規單輸入(ru)減速器無(wu)法(fa)在驅動狀(zhuang)態(tai)下lv)迪指涸zai)功率(lv)回收利用,我們的技(ji)術(shu)利用雙輸入(ru)單輸出結構,可(ke)以(yi)實現一個輸入(ru)的驅動輸出時,另(ling)一輸入(ru)的能(neng)量回收,從而提(ti)高能(neng)源(yuan)利用率(lv)sheng)rdquo;高鵬說,常規單輸入(ru)減速器不具有(you)安全備份(fen)能(neng)力,我們的技(ji)術(shu)利用雙輸入(ru)實現冗余(yu)備份(fen),從而增強機器人的運行安全性和可(ke)靠性。

將技(ji)術(shu)“民用化”推廣到更(geng)多領域

“這(zhe)項技(ji)術(shu)做起來(lai)並(bing)不復雜,它的功能(neng)是目前常規產品的覆蓋。但是,作為航天產品,它的安全性和可(ke)靠性是最關鍵的。”高鵬說,由于是雙輸入(ru),因此即便它有(you)一個輸入(ru)壞(huai)了,另(ling)一個還能(neng)正常工(gong)作。

高鵬為這(zhe)項技(ji)術(shu)規劃的目標是“四步走”︰第一步做樣機,先奠(dian)定技(ji)術(shu)和工(gong)藝(yi)基礎;huai)詼叫推諄  簿褪槍娓襝盜謝  緯剎紛迤祝壞(huai)諶街悄neng)化,為產品裝(zhuang)配智能(neng)化驅動大腦,實現高性能(neng)應用;huai)謁牟秸    zhuang)備制造體系,實現綜(zong)合化發展。

“目前我們只是邁出了第一步︰完(wan)成樣機研(yan)制。”但是,對于未來(lai),高鵬信心滿(man)滿(man)︰從經濟(ji)效益(yi)分析來(lai)看,機器人制造業中調速器佔其單機成本的30%,目前機器人選用的驅動器多為諧波減速器、RV減速器等,且多為國外產品。與我們這(zhe)項技(ji)術(shu)規格相近的減速器價格昂貴,我們樣機的制造成本只有(you)它的30%,若以(yi)後實現批量化生產可(ke)進一步降低40%,約為參考產品的18%,因此具有(you)突(tu)出的成本優勢。

此外,國外產品其訂貨(huo)周期為8-12周,加上合xian)  cheng)和報關等過程(cheng),從訂單到實物間隔(ge)最小為16周。“而我們的產品采用簡(jian)潔(jie)化構型,齒(chi)輪(lun)等主要部(bu)件不需(xu)要特殊處理,原(yuan)理樣機制造及(ji)裝(zhuang)配過程(cheng)約為8周,批量化生產後可(ke)控制在4周內(na),而且可(ke)以(yi)根據用戶實際需(xu)要進行定制。”全國推廣“中國制造”,是高鵬團隊(dui)的願景。

“未來(lai),我們的目標是將之‘民用化’。”高鵬表示,機器人雙輸入(ru)差速驅動器在空(kong)間領域可(ke)應用于空(kong)間機器人、行星車、高精度指向機構等,在民用領域則可(ke)以(yi)用于交通、物流、加工(gong)制造等各種機器人及(ji)驅動機構,是未來(lai)軍民融合產業化發展一個重要突(tu)破方(fang)向。

在中國智能(neng)制造2025的號召下,在國家軍民融合發展的大背景下,中國航天科技(ji)集團公司上海航天805所為員工(gong)的技(ji)術(shu)創新搭建出良(liang)ji)玫鈉教  bing)為創新性項目產業化發展提(ti)供積極幫助。因此,團隊(dui)正依(yi)托(tuo)所在單位同外部(bu)投資(zi)公司和產業化用戶進行積極接洽,擬在機器人集成應用、性能(neng)伺服驅動領域方(fang)面實現典型示範dui)τ謾/p>

“未來(lai)你們見到的機器人、智能(neng)輪(lun)椅(yi)、電動汽(qi)車、無(wu)人機也許將會應用到我們團隊(dui)的產品。”高鵬笑(xiao)著說。

“路漫漫其修遠兮(xi),吾(wu)將上下而求索。”高鵬及(ji)其團隊(dui)成員將在技(ji)術(shu)研(yan)發與產業化的道路上不huan)咸剿鰨 pi)荊斬du) # 保/p>

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