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揭秘我國機器人發展歷程:從機械手到服務機器人

時間:2011-06-28

來源:網絡轉載

導語:在這位我國機器人事業的開創者之一,原北京機械工業自動化研究所機器人研究室主任看來,更“了不得”的是過去30多年來我國機器人技術的飛速發展。

      今年71歲的曹祥康雖已退休多年,但他仍想為我國機器人發展發揮點“余熱”,參與編寫《機器人發展戰略研究報告》是他目前的主要工作之一,偶爾也會輔導一下孫子功課。“現在的孩子可了不得,中學就參加機器人設計大賽,想當年我30多歲才知道robot(機器人)。”

  在這位我國機器人事業的開創者之一,原北京機械工業自動化研究所機器人研究室主任看來,更“了不得”的是過去30多年來我國機器人技術的飛速發展。

  從最初的機械手,到現在的服務機器人,機器人在提高產品質量、發展綠色制造、服務人民生活等方面發揮著越來越重要的作用。“不久的將來,一切人‘不能干,干不好,不想干’的事,都可以由機器人代勞。”他微笑著說。

  機械手:我國最早的一批工業機器人

  提起機器人,或許你會首先聯想起美國大片《變形金剛》。然而,曹祥康告訴記者,現實生活中的機器人并不一定具有人的外形特征,美國1958年研制出第一臺工業機器人,外形有點像坦克,我國早期的機器人也與人形相去甚遠。

  上世紀70年代初期,我國科技人員從外文雜志上敏銳地捕捉到國外機器人研究的信息,開始自發地研究機器人。“那時進口雜志很貴,研究單位不舍得買,每次都要騎車到機械工業情報所查資料,俄文還可以,英語不太在行,只好一邊學英語一邊找資料。”起步的艱辛遠不止這些。“中國的人都用不了還搞機器人?”上海出版的某刊物更是把機器人視為批判對象,扣上一頂“唯心主義的偽科學”的帽子。

  對此,曹祥康說,中國人口眾多,但并非任何惡劣環境都適合人去作業,諸如粉塵、毒氣、噪聲、振動、高低溫、放射性、高壓帶電、水下作業等惡劣工作環境下,用機器人作業,可以把人解放出來。不過,“為了保險起見,大家決定將robot翻譯成‘機械手’。”

  在科研院所和高校“惡補”機器人理論的同時,工廠技術人員也開始在實踐中尋求突破。當時,在我國工廠沖壓作業上下料時,由于生產節拍過快,又缺乏相應的安全保護設置,工人稍有不慎,手指就可能被切斷。“出于對工人階級的感情”,加上技術革新的需要,上海、東北等地工廠的技術人員自發地研發機械手,如上海汽車配件二廠研制的汽車燈殼沖壓機械手、天津鍛壓機械廠研制的鍛件上下料機械手,這就是我國最早的一批工業機器人。

  “早期機械手的控制原理很簡單,基本上就是‘擋塊’定位,換做沖壓別的零件,就擰擰螺絲調整一下‘擋塊’的位置。曹老話鋒一轉,“就是這些簡單的技術,卻解決了很多實際問題,工廠斷指事故明顯減少,工作效率也大大提高。”

  工業機器人:駛入國家規劃發展的快車道

  80年代中期,我國機器人的研發單位大大小小已有200多家,然而,由于多半從事的是低水平、重復性的研究,全國尚無一臺機器人產品問世,直至1985年,我國機器人才迎來了“春天”。

  1983年12月,新華社內參上一篇建議我國發展機器人技術的文章直抵中央,時任國家計委主任宋平做了“給與重視、適當支持”的批示。“國家計委科技司司長傳達給我,讓我們盡快組織專家論證,提交工業機器人‘七五’發展規劃的初步框架。”曹祥康當晚激動地睡不著覺,平時舍不得打電話的他破例給一些外地同行掛了長途。

  1985年,工業機器人被列入了國家“七五”科技攻關計劃研究重點,目標鎖定在工業機器人基礎技術、基礎器件開發、搬運、噴涂和焊接機器人的開發研究等五個方面。

  “按照規劃要求,不僅要做出樣機,還要將樣機用于生產。”曹祥康研究室負責開發噴漆機器人。留給他們的時間不足4年,當時面臨的困難可想而知,但誰也沒想過退縮。“國家拿出錢讓我們做,拼了命也要做成。”曹祥康的話擲地有聲。

  正是憑著這股兒拼勁,1990年,工業噴漆機器人PJ-1如期完成。這是我國第一臺噴漆機器人,專家鑒定結果認為:“其主要技術性能達到80年代中期國外同類產品水平。”這臺機器人也成了明星,“戴著大紅花到各地展覽,甚是風光”。

  與此同時,其他幾種機器人的商品樣機也已完成,還分別在第一汽車廠、第二汽車廠和南京汽車廠建立了自動噴漆生產線,駕駛室焊接線、弧焊工作站等應用示范點。“節省了從外國技術引進的費用近數百萬美元。”更為主要的是,我國形成了一支從事機器人研發的技術隊伍。說到這里,曹祥康開心地笑了。

  從90年代初期起,在國家“863”計劃支持下,我國工業機器人又在實踐中邁進一大步,具有自主知識產權的點焊、弧焊、裝配、噴漆、切割、搬運、包裝碼垛等7種工業機器人產品相繼問世,還實施了100多項機器人應用工程、建立了20余個機器人產業化基地。

  國際競爭中,我國工業機器人的優勢也日益凸顯。清華大學計算機科學與技術系教授,第四屆、五屆國家“863”智能機器人主題專家組組長賈培發舉例說,1995年,京城摩托車廠計劃建立9個機器人工作站,雖然世界著名機器人廠商ABB公司再三承諾比我國新松公司報價都要低很多,京城最終還是選擇了新松。

  水下機器人:機器人技術躋身世界前列

  1997年6月18日,我國機器人領域值得自豪的日子。煙波浩淼的大海作證:我國6000米無纜水下機器人試驗應用成功,標志著我國水下機器人技術已達到世界先進水平,我國成為世界上少數具有深海探測能力的國家之一,為我國新世紀開發海洋資源贏得了主動權。

  “人們將其視為成功發射了一顆返回式的‘海洋衛星’。”賈培發說。

  這樣的評價并不為過。在約6000米的深海中,大拇指指甲蓋大的面積要承受將近1噸的壓力;受海水和海流的影響,水下機器人要比空中更難指揮和定位;由于電磁波在水中信號衰減嚴重,只能用聲納聯絡;為了對抗海水對材料的腐蝕,必須采用抗腐的特殊材料;空中衛星能采用太陽能電池供電,而水下機器人只能自帶“干糧”……

  上世紀七八十年代,中國科學院沈陽自動化所蔣新松提出“結合中國國情,把特殊環境下工作的機器人作為中國機器人技術發展的突破口”的設想。有一次,他在南海艦隊調研時了解到,因海上救撈或開采石油的需要,潛水員在水下工作時,20米以下很難看清目標,50米以下深水作業時只能靠手摸,對人體傷害極大,潛水員有時水下呼吸所需費用一分鐘相當于一克黃金。

  這更堅定了蔣新松研究水下機器人的決心。在幾位德高望重的科學家鼎力支持下,蔣新松得到中國科學院100多萬元的科研經費,開始了“海人一號”100米水下機器人的研制,該機器人于1985年、1986年先后首航和深潛試驗成功。“七五”期間,國家將“海洋和水下機器人技術開發”列為科技攻關重點項目之一。

  然而,“在國家863計劃實施之前,我國研制的都是有纜遙控水下機器人,工作深度僅為300米。”賈培發說。

  1986年底,中共中央24號文件把智能機器人列為國家863計劃自動化領域兩大主題之一,代號為512,其主要目標是“跟蹤世界先進水平,研發水下機器人等極限環境下作業的特種機器人”。

  在國家863計劃精心組織下,1994年“探索者”號研制成功,它工作深度達到1000米,甩掉了與母船間聯系的電纜,實現了從有纜向無纜的飛躍。從1992年6月起,又與俄羅斯科學院海洋技術研究所合作,以我方為主,先后研制開發出了“CR-01、CR-02”6000米無纜自治水下機器人,為我國深海資源的調查開發提供了先進裝備。

  2008年,水下機器人首次用于我國第三次北極科考冰下試驗,獲取了海冰厚度、冰底形態等大量第一手科研資料。

  “過去我們在國外考察時,深水作業機器人連參觀都不讓,90年代他們出費用請我們過去,我們想看啥看啥,他們是想跟我們合作。”今非昔比的變化讓賈培發無比自豪。

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