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太空技术“闯入”机器人王国_央广网

2018-09-02 14:54

  全自动饮品机器人示意图。中国运载火箭技术研究院供图

  一场现实版的“机器人总动员”正在2018世界机器人大会现场上演:不断向来访者端出一杯杯奶茶的全自动饮品机器人、形似“大白”的激光雷达扫描测量机器人、能够一眼辨出珠宝瑕疵的“慧眼”机器人、增强人体机能的外骨骼机器人……仅从外形来看,这些机器人似乎并不出众,然而他们却因为拥有共同的核心技术来源而显得尤为特别??来自航天科技集团中国运载火箭技术研究院的“太空技术”。

  在我国航天的科技力量版图中,中国运载火箭技术研究院被称作中国航天的摇篮,其研制包括长征五号、长征七号在内的长征系列运载火箭,成为中国航天一张张闪亮名片,如今这些造火箭的“高大上”航天技术,闯入了“走近寻常百姓”的机器人大会,它们之间将碰撞出怎样的火花?记者到现场一探究竟。

  太空机械臂:天上地上都能清扫垃圾

  两年前,中国新一代运载火箭长征七号成功首飞,搭乘这枚火箭飞天的“乘客”中,有一位“高手”,在天上完成了我国首次“太空垃圾”清理技术演示试验??空间碎片主动清除,引起国内外巨大关注。

  这项试验的主角就是由中国运载火箭技术研究院18所研制的“6自由度空间机械臂”,俗称“太空机械臂”。时隔一年,该院18所用太空机械臂技术,衍生出智能协作型机器人、工程教育机器人等多款具有国内领先水平的“神技”机器人。

  机器人的动作,给人的印象往往是僵硬、不知深浅的。要代替进化了数十万年的人类手臂,首先要解决动作协调、连贯的问题。18所项目负责人王燕波告诉记者,该所科研人员在太空机械臂的基础上,研制出了仿人机械臂和轻型工业机械臂。在它们“身上”,已找不出传统机械臂笨重、僵硬的影子。

  这其中,智能协作型机器人和人的手臂一样灵活,任意摆动,既能单臂工作,又能双臂协作,还能和人互动。王燕波说,一些复杂的手工制造动作、在家庭或医院中扶助老幼病弱,都可由它完成。

  至于工程教育机器人,虽然关节没有前者多,但也能胜任手机、电脑等“3C”产品生产线上轻拿轻放的操作,王燕波说,成本也较为低廉,完全可以大规模应用,替人完成单调的流水线操作,创造出“机器人口红利”。

  这背后都和运载火箭的“伺服机构”的研制积累分不开。王燕波说,当火箭控制系统一声令下,伺服机构要即刻响应,把推力数十、上百吨的发动机摆到位,从而让火箭飞向正确的方向,“若失之毫厘,火箭就会谬之千里,其精密程度可想而知,科研人员也从此成为我国精密机电设备研制领域的佼佼者”。

  让火箭“清醒”的大脑也能装给机器人?

  控制系统是火箭的“神经中枢”,它可以让火箭在飞行中保持“头脑清醒”,控制几十万个元器件工作,按预定路线飞行,在规定位置做规定动作,还能根据情况随机应变,闪转腾挪。

  如今,这项技术也“落地”到一款名为智能安防的机器人身上。中国运载火箭技术研究院12所项目负责人刘秀娟告诉记者,该机器人堪比“火眼金睛”,是以科研院所、大型仓库、工业园区、监狱等场所安防需求为出发点,自主研发的网络化智能安防系统。

  她所在研究所的主业是航天控制与信息领域专业技术研究,把精准控制火箭的技术移植到安防机器人身上,自然具有先天优势??

  自主导航导引与控制技术,让安防机器人和人类一样灵活行走;多源信息智能融合技术则给了它一双“火眼金睛”,可以快速识别各种异常;大数据分析技术让它拥有一个高速运转的“大脑”;空地复合机器人系统集成技术,精准杀蓝公式,让它天上地下自由行动;机器人关键的部组件都是军工级别,即便身处恶劣天气也不怕。

  更值得一提的是,这款机器人已经在河北固安航天产业基地“上岗”。在实际工作过程中,这款智能安防机器人可以巡逻,也可以在门口值班,“可以说,和安全相关的事,它全包了,甚至是‘操碎了心’,路灯不亮了、谁家窗户坏了,它都管,而且从发现异常到发出警报不超过2秒。”刘秀娟说。

  中看不中用?借航天技术突破核心难题

  在现场,一个个头不大,长相貌似卡通人物“大白”的机器人吸引了不少来访者驻足观看,这款机器人名为“调频激光雷达扫描仪”,通俗地说就是一名大型设备的 “检测医生”。

  随着我国大火箭、大飞机、大型船舶等大型高端装备的发展不断加快,部件的尺寸是否制造准确,姿态形状是否符合设计要求,都直接决定着这些大型设备安全和性能。事实上,在新一代运载火箭长征五号的研制过程中,大型结构的精密测量就一直是困扰科技人员的难题。

  中国运载火箭技术研究院102所项目负责人石柯告诉记者,长期以来,此类“精密测量”产品的国内市场都被进口设备垄断,该所科研人员研制的这款具有完全自主知识产权的智能设备,攻克多项核心关键技术,打破国外禁运垄断,并率先在长征五号身上得到了应用。

  石柯说,这款机器人在占地几平方米的空间内,就可以实现大火箭、大飞机、大型船舶等大型设备的精密测量,“在2米的范围上,测量精度可以达到20微米,在50米的范围上,测量精度可以达到0.3毫米”。

  “中看不中用”成为不少人对新兴机器人的诟病??如果没法保证机器人单个部件产品的质量,最终装配在一起,其外观外形、气动特性等也依然没法满足设计要求。因此,借航天领域相关技术的积累,来帮助突破机器人的核心技术难题,也成了航天人的一种选择。

  大会现场就有一个例子:一款工业外骨骼机器人,自重25公斤,却可协助操作者背负60公斤载荷,并以每小时4公里速度进行长距离、多地形行走作业,此外,还能协助操作者完成50公斤负荷搬抬托举作业。

  中国运载火箭技术研究院18所项目负责人于志远告诉记者,这款机器人就是依托航天相关技术,最终突破了人机多模态运动建模与仿真、人机协同控制、人机感知交互等核心技术。