手的靈活性決定了人類成為這個星球上的主導物種。智能制造同樣離不開一把好“手”。如今，工業機器人就是人們雙手的延伸，它們是粗活細活都能干的全能選手。海底沉管的銜接，“超級焊匠”一出手就能搞定；加工光學模具的工業母機可以做到“天衣無縫”；扛大梁的機器人手臂上，真的有一個“太陽系”嗎？給超級水利工程做全息體檢和局部手術的究竟又是何方“圣手”？

  用機器人焊接世界超級工程

  讓焊接更高效、更精準、更可靠

  深中通道雙向八車道，沉管直徑比港珠澳大橋沉管還要大，每個沉管重達9000噸，相當于一艘中型航母，32個管節沉管鋪就一條海底隧道，這又將是一個世界超級工程。

  在深中通道沉管鋼殼的制造基地，一根新的沉管即將開始建造，它采用的是三明治結構。

  顧名思義，“三明治”結構就是用內外兩層鋼板造出巨型鋼殼，然后在兩層鋼板的隔艙之間進行混凝土澆筑。

  然而，巨型鋼殼全靠焊接，每個沉管鋼殼的焊縫總長度超過300公里，假如用人工焊接，一個沉管鋼殼就需要超過1000名焊接工人，工期長達12個月。如果32根管節焊接都靠人工，顯然是無法按時完成的任務。這次，工程師決定啟用機器人焊接。

  機器人測量鋼板尺寸和位置，大腦根據數據迅速發出指令，焊槍上的激光感應器跟蹤識別焊縫，實時糾偏。

  假如工人來焊接，至少需要焊接6到8道，而機器人一氣呵成，堪比“超級焊匠”。廣船國際有限公司深中通道項目GK01合同段項目經理部總工程師 龍漢新：焊同樣的工作量的話，原來我們要18個焊工，現在可能只要4個焊工。而且機器人焊出來的質量比較穩定。

  碼頭上，制造完成的沉管鋼殼正在駁運上船。一個管節，頂面面積相當于14個標準籃球場大小。巨型斷面的平整度達到4毫米之內，如此高的精度世界罕見。

  水輪機組維修機器人

  為41歲的葛洲壩做修復手術

  葛洲壩，萬里長江上的第一座大型水電站，2022年迎來它的41歲生日。

  轉輪是發電機組的“心臟”，水流推動轉輪旋轉，將盡可能多的能量轉化為電能。正常運行時，轉輪表面平滑如瓷，但洶涌的江水帶來能量的同時，也帶來泥沙猛烈沖擊轉輪表面，留下凹凸不平的劃痕，嚴重影響轉輪的健康。

  41歲的葛洲壩，即將迎來一次脫胎換骨的“大手術”。

  靠人工，維修一臺水輪機組至少要3周，多修一天就要少發360萬度電。這一次，大修的任務交給了機器人。

  把機器人安裝在水輪機轉輪室的內壁上，讓它在復雜的葉輪間，沿著曲面一邊攀爬，一邊工作。而且打磨精度要達到微米級，比醫生整容還要難。

  機器人原位檢修大型水輪機組，全世界都沒有先例。第一代水輪機組維修機器人表現如何，大家拭目以待。

  2小時20分鐘，機器人將兩塊近1平方米的內壁修復完畢。核準顯示，機器人重復定位精度達到0.06毫米，加工表面粗糙度不到1微米，比要求提高了三倍。

  狹小的空間里，機器人猶如飛檐走壁的蜘蛛俠，輕松完成轉輪內壁和頂部葉片的維修。一臺機器人24小時就能完成10個人一周的維修工作。

  2022年5月18日，轉輪維修完成，比預計時間提前了30天。智能化解決方案，讓葛洲壩煥發出了新的活力。

  五軸數控機床行云流水

  鉛筆筆尖上雕出電吉他

  一個加工面型精度達到微米級、表面粗糙度Ra10納米以內的光學模具零件，要實現批量制造，人手無法勝任，需要借助精密的數控機床。

  加工這個精密件需要用到9把刀，每把刀都存在微米級的偏差，失之毫厘，謬以千里，破解刀具尺寸誤差的難題，不斷接近國際精密加工領域的最高標準。

  工件加工的凹凸面配合間隙達到了5微米以內，相當于一張A4紙厚度的二十分之一，真正做到了嚴絲合縫。

  調整好的五軸數控機床就像一雙藝術家的手，在面積只有10.35平方毫米的鉛筆筆尖上，雕刻出了一把精致的電吉他。只有數控機床的軸運動精度達到微米級，才能做到如此行云流水。

  十五年前，自主研發的數控系統在國產機床市場的占有率還不足1%，而現在，已經提高到了31.9%。

  國產大負載機器人

  每1分鐘就能完成一輛轎車后側圍板的制造

  安徽蕪湖的汽車廠里，26臺國產大負載機器人正在生產汽車后側圍板，這些機器人手腕部可以負載210公斤，它們精準抓取、上料、自動識別焊縫進行焊接，每1分鐘就能完成一輛轎車后側圍板的制造。

  如今，全球約三分之一的工業機器人都應用在汽車廠。但是，縱觀中國120家汽車廠，90%以上的機器人都是國外進口。如果不能實現自主可控，會對整個產業影響深遠，國內科研人員要補上這個環節。

  大負載機器人最難攻克的就是精度。今天，這臺210公斤大負載機器人的重復定位精度已經達到了0.072毫米，向0.06毫米的國際一流標準又靠近了一步。

  中國生產工業機器人的企業有數百家，但是，能夠批量生產100公斤以上大負載多關節機器人的國內公司不超過10家。

  大負載機器人，這是中國機器人企業亟待翻越的一座高山。

  精度保持性達到0.3弧分

  中國人終于可以生產出高精度的RV減速機

  在工業生產中，能挑大梁的機器人往往需要負重50公斤以上，這些頂梁柱的肘關節必須要用載荷更大的RV減速機。

  中國工業機器人一年的產量已經達到44萬臺。但是，長久以來，70%的RV減速機都是外資品牌。

  2015年，北京工業大學教授張躍明決定向這一國內空白技術發起挑戰。

  打開RV減速機，里面就像一個太陽系，既有太陽輪，也有行星輪。這就是RV減速機的擺線行星輪，它們就像圍繞太陽的行星，既有自轉也有公轉，自轉一圈的同時公轉40圈，通過多組行星運動實現精密傳動，把電機的高速轉動降下來，同時增大轉矩，驅動機器人手臂旋轉。

  擺線行星輪是RV減速機里的核心部件，擺線行星輪一般有39個齒，每個齒的廓線形狀必須保持一致，稍有誤差就會影響整個RV減速機的傳動精度。

  經過上萬次的反復優化，一套獨特的擺線行星輪修形設計方法形成了，保證39個齒形的廓線誤差控制在4微米以內。

  經過十萬次的測試， RV減速機的精度保持性達到了0.3弧分，徹底解決了磨損嚴重的問題。跨過嚴苛的微米制造，中國人終于可以生產出高精度的RV減速機。

  “中國機械臂”驚艷太空

  炫酷堪比變形金剛

  2022年11月17日，神舟十四號航天員出艙執行任務。這是中國空間站T字構型完成后的首次出艙活動。

  和三位宇航員密切協同的是兩條“神奇”的機械臂。

  大機械臂名叫“天和機械臂”，承載力可達25噸，堪稱中國空間站的“大力士”。

  小機械臂名叫“問天機械臂”，雖然承載力只有3噸，但十分靈活。

  天和機械臂有兩根臂桿，7個活動關節，展開長度10.2米。這么長的一個機械臂，要在零重力環境下，移動范圍覆蓋所有作業區域，精度還必須達到5厘米以內。

  研發團隊一籌莫展的時候，一位工程師用圓規畫圖，猛然受到啟發。就像圓規一樣，他們也讓大型機械臂的兩只手當“腳”，互為支點，交替切換向前移動，實現爬行轉移。

  年輕的中國工程師們，打破常規，獨具創新，讓天和機械臂執行任務的精度達到毫米級，出色完成天舟貨運艙抓取和艙段在軌轉位，被網友們稱作“百變金剛”。

  中國開展太空機械臂的研發比國際上晚了40年，但是我們的進步速度卻讓世界為之驚嘆。