科產(chǎn)融合闖新路⑨ |未來造飛機(jī)高鐵，可能是機(jī)器人“組團(tuán)”干活

長(zhǎng)沙晚報(bào)全媒體記者 徐運(yùn)源 通訊員 徐一鑫

　　高鐵車廂里，一臺(tái)機(jī)器人自動(dòng)“跑”到工位，伸出機(jī)械臂，對(duì)準(zhǔn)螺栓，“咔噠”一聲精準(zhǔn)擰緊，完成任務(wù)后又轉(zhuǎn)向下一個(gè)點(diǎn)位。

　　這一幕，已在中車的生產(chǎn)線多次上演。用不了多久，這種螺栓鎖附機(jī)器人將批量上崗，替代工人完成繁重而關(guān)鍵的擰螺栓工作。

　　“每節(jié)車廂有成百上千個(gè)螺栓，人工去擰耗時(shí)費(fèi)力，扭矩一致性也難以把控，機(jī)器人能大幅提升效率和精度。”近日，湖南大學(xué)教授、瀟湘實(shí)驗(yàn)室副主任顏志接受記者采訪時(shí)介紹。

　　這款機(jī)器人背后，是瀟湘實(shí)驗(yàn)室主任王耀南院士團(tuán)隊(duì)正在攻關(guān)的“智能制造機(jī)器人集群”技術(shù)。它瞄準(zhǔn)的，不只是高鐵，還有飛機(jī)、艦船等重大裝備的制造需求。

　　一個(gè)大膽的設(shè)想

　　航空航天、海洋艦船、軌道交通等領(lǐng)域的重大裝備制造，是興國(guó)之器、強(qiáng)國(guó)之基，其制造水平代表國(guó)家制造業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

　　然而，飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼等大型復(fù)雜部件通常具有尺寸超大、工序繁多等特點(diǎn)，其制造長(zhǎng)期面臨規(guī)模大、任務(wù)多、精度高等挑戰(zhàn)。

　　“以國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)裝配為例，傳統(tǒng)模式大量依賴人工，一年產(chǎn)能僅10余架，而目前累計(jì)訂單超過1000架；高鐵螺栓鎖附、船舶焊接等也多依賴人工，勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率卻不高。”顏志多地走訪，深有感觸。

　　深耕機(jī)器人與智能控制領(lǐng)域20余年的王耀南院士，2022年提出一個(gè)大膽設(shè)想：能不能用一群機(jī)器人去造飛機(jī)、造高鐵？

　　他的思路是“逆向”的：過去是工件動(dòng)、工位不動(dòng)；現(xiàn)在反過來——工件不動(dòng)，讓機(jī)器人去動(dòng)。一群機(jī)器人協(xié)同作業(yè)，完成大型復(fù)雜部件的測(cè)量、搬運(yùn)、加工、裝配。

　　顏志坦言，最初聽到這一設(shè)想，感覺做研究沒問題，能否真正落地，心里也“直打鼓”。

　　王耀南院士說干就干，他迅速牽頭整合浙江大學(xué)、南開大學(xué)、華中科技大學(xué)等跨學(xué)科力量，以及中國(guó)商飛上海飛機(jī)制造有限公司等應(yīng)用方，開啟了協(xié)同攻關(guān)之路，并獲得國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目支持。

三臺(tái)機(jī)器人在模擬協(xié)同對(duì)接機(jī)翼機(jī)身。長(zhǎng)沙晚報(bào)全媒體記者 徐運(yùn)源 攝

　　讓機(jī)器人學(xué)會(huì)“合作”

　　智能制造機(jī)器人集群的核心，是要讓一群機(jī)器人“組團(tuán)”干活。

　　難點(diǎn)在于：它們得互相理解、實(shí)時(shí)協(xié)同。

　　這就像指揮一個(gè)交響樂團(tuán)——每個(gè)樂手既要看自己的譜，還要聽別人的聲，節(jié)奏必須分毫不差。

　　王耀南提出的解決方案是“感傳算控一體化”：感知、通信、計(jì)算、控制四大環(huán)節(jié)形成閉環(huán)系統(tǒng)。讓機(jī)器人像人一樣，靠“五官”感知環(huán)境、“神經(jīng)”傳遞信息、“大腦”決策控制、“手腳”精準(zhǔn)執(zhí)行。

　　研發(fā)過程中，多機(jī)器人協(xié)同是必須突破的難題。

　　“比如3臺(tái)機(jī)器人協(xié)同搬運(yùn)飛機(jī)機(jī)翼，速度、方向必須完全同步，稍有偏差就可能導(dǎo)致掉落損壞；兩個(gè)機(jī)器人協(xié)同鉚接，一個(gè)頂緊鉚栓、一個(gè)完成鉚接，默契度要求極高。”顏志說。

　　團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新采用“通信—控制協(xié)同設(shè)計(jì)”，即便出現(xiàn)通信丟包或時(shí)延，也能通過控制算法彌補(bǔ)，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

　　目前，團(tuán)隊(duì)已完成7臺(tái)機(jī)器人本體研發(fā)，包括測(cè)量、頂升搬運(yùn)、抓取搬運(yùn)、加工裝配等類型，另有2臺(tái)機(jī)器人進(jìn)入加工階段。這些機(jī)器人可根據(jù)制造需求靈活組合，形成“單個(gè)機(jī)器人可獨(dú)立作業(yè)、多個(gè)機(jī)器人可協(xié)同作業(yè)”的柔性模式。

　　從“試一試”到“主動(dòng)要”

　　“沒想到真能做成功！”這是中車對(duì)螺栓鎖附機(jī)器人的評(píng)價(jià)。

　　起初，企業(yè)抱著試一試的態(tài)度，卻意外發(fā)現(xiàn)機(jī)器人擰螺栓擰得又準(zhǔn)又好，當(dāng)即決定采購應(yīng)用，并主動(dòng)提出新需求：“測(cè)量機(jī)器人也可以搞一搞。”

　　“機(jī)器人投入使用后，相比人工擰螺栓，效率提升50%以上，扭矩精度誤差控制在3%以內(nèi)，大幅降低了人工成本、勞動(dòng)強(qiáng)度和安全風(fēng)險(xiǎn)。”顏志介紹，雙方正在對(duì)接測(cè)量機(jī)器人的落地應(yīng)用。

　　在航空領(lǐng)域，機(jī)器人集群同樣嶄露頭角。兩臺(tái)協(xié)同作業(yè)的測(cè)量機(jī)器人，一臺(tái)定位跟蹤，一臺(tái)掃描測(cè)量，可精準(zhǔn)完成大型飛機(jī)壁板測(cè)量。以測(cè)量、裝配、機(jī)身機(jī)翼對(duì)接三大應(yīng)用場(chǎng)景為牽引，機(jī)器人集群已在商飛國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919產(chǎn)線試用驗(yàn)證，未來將助力中國(guó)商飛提升產(chǎn)能、縮短交付周期。

　　此外，團(tuán)隊(duì)還與東方航空、海南航空等合作，將測(cè)量機(jī)器人應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)檢修，為飛行安全再添一道防線。

　　打造湖南產(chǎn)業(yè)新優(yōu)勢(shì)

　　從實(shí)驗(yàn)室到工廠，科研成果轉(zhuǎn)化常常面臨“死亡谷”，瀟湘實(shí)驗(yàn)室探索出一套自己的打法。

　　“我們?cè)谘邪l(fā)設(shè)計(jì)階段就做好規(guī)劃：偏技術(shù)攻關(guān)的，由老師和學(xué)生負(fù)責(zé)；偏工程化落地的，專門招工程師團(tuán)隊(duì)來做。”顏志說，落地應(yīng)用時(shí)選擇跟大企業(yè)合作——有真實(shí)需求、開放場(chǎng)景和容錯(cuò)空間。

　　比如實(shí)驗(yàn)室與中國(guó)移動(dòng)共建“產(chǎn)業(yè)智能聯(lián)合研究院”，借助企業(yè)資金和資源，快速將成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品。

　　目前智能制造機(jī)器人集群應(yīng)用已覆蓋航空、高鐵、風(fēng)電等領(lǐng)域，未來還可賦能汽車制造，替代傳統(tǒng)固定機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)更靈活的智能作業(yè)。

　　“十五五”規(guī)劃綱要布局了具身智能和6G等未來產(chǎn)業(yè)，這也是瀟湘實(shí)驗(yàn)室發(fā)力的重點(diǎn)方向。王耀南院士團(tuán)隊(duì)有新目標(biāo)：發(fā)力“AI+先進(jìn)制造業(yè)”，助力湖南打造工業(yè)具身智能與機(jī)器人產(chǎn)業(yè)集群。

　　“湖南產(chǎn)業(yè)鏈齊全，應(yīng)用場(chǎng)景豐富，人才儲(chǔ)備充足，優(yōu)勢(shì)獨(dú)特。”顏志說，從大膽設(shè)想到落地見效，從技術(shù)突破到產(chǎn)業(yè)賦能，自己越來越堅(jiān)信，智能制造機(jī)器人集群能切切實(shí)實(shí)服務(wù)好國(guó)家重大需求。

　　當(dāng)機(jī)器人學(xué)會(huì)“組團(tuán)”干活，湖南的制造業(yè)也必將迎來新的想象空間。