“进入21世纪以来,全球科技创新呈现出新的发展态势和特征。世界主要国家都在寻找科技创新的突破口,抢占未来经济科技发展的先机。我们不能在这场科技创新的大赛场上落伍,必须迎头赶上、奋起直追、力争超越。机器人是“制造业皇冠顶端的明珠”,其研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。我在想,我国将成为机器人的最大市场,但我们的技术和制造能力能不能应对这场竞争?我们要审时度势、全盘考虑、抓紧谋划、扎实推进!” ——摘自习近平总书记在中国科学院第十七次院士大会、中国工程院第十二次院士大会上的讲话。
制造业是强国之基石,而“智能装备和机器人”则是提高制造业核心竞争力的“工作母机”,发展高端智能制造是未来制造业发展必然趋势。从成立之初,中科院宁波材料所“精密运动与先进机器人团队”始终沿着习总书记指引方向, 积极贯彻落实中科院“三个面向”、“四个率先”要求,以壮大民族工业为己任,历经六年的砥砺奋进,取得多项瞩目科研成果:
2012年10月,数控机床用大推力直线电机演示系统研制成功……
2013年8月,用于安防系统的长行程重载高速磁悬浮门机研发成功……
2014年10月,毫米级行程、纳米级定位大推力音圈电机研发成功……
2014年12月,智能磁悬浮直驱门机系统成功实现商业应用,并获得“国内首台套产品“和“中国专利优秀奖”……
2015年5月,自主导航全向移动机器人研发成功,并在国内大型汽车发动机车间应用……
2016年10月,一体化智能机器人驱动关节研制成功,并在轻量化柔顺操作臂应用……
2017年12月,具有中国自主知识产权的非晶粉末制备装置搭建成功,综合性能达到世界先进水平……
2018年6月,机器人化汽车轮毂抛光装置研制成功,并在国内大型汽车轮毂制造公司示范应用……
六年来,“精密运动与先进机器人团队”在智能装备和机器人领域持续发力,捷报频传,这一系列一流成果的取得,有力地支撑了中国基础研究和高新技术的发展,将助力中国制造业崛起民族之林,走向世界巅峰。
回顾团队发展历程,可以用“团结协作、拼搏创新”来概括。目前,这八个字也成为团队的核心发展理念,深深扎根于每个成员心中,并不断被继承和发扬光大。
团结协作,不断拓展科技研发新方向
在中科院宁波材料所的二期建设中,为了进一步发挥中科院宁波材料所在材料领域的优势,促进磁性材料向技术链下游的机电装备延拓发展,支撑和推动我国高端装备制造业的发展,直驱电机及其应用方向转入了新建的先进制造所,这就是“精密运动与先进机器人技术团队”前身。团队成立之初,只有直驱电机一个研究方向,“没人、没钱、没技术”是当时真实的写照。
2010年,具有二十多年直线电机应用及产业化背景的廖有用研究员出任团队负责人,彻底改变了团队缺少领军人物的现状。廖有用研究员倡导团队年轻的工程师们要“会设计,更要会制造”,鼓励大家直接参与电机制造各种工艺流程,亲自动手装配、灌胶。在他的带领下,充实了有机床设计和制造经验的陆彤工程师、从事驱动器研发的舒鑫东和周杰等员工,团队的整体技术力量得到加强,特别是年轻人的工作能力和战斗力得到很大的提高。
2012年,随着另一位擅长“精密运动控制”的团队负责人张驰研究员的加入,团队与美国密西根大学在“内燃直线发电机”方向合作关系的建立,数控转台双读头高精度控制系统、磁悬浮安防门高速高精度智能监控系统、直线电机精密伺服驱动器、音圈电机高精度控制器等精密驱动控制技术及产品的初步成型,团队开始形成新的技术增长点。团队先后承担了国家自然科学基金项目、国家科技支撑计划项目、国家国际科技合作项目等近10项国家、省市级科研项目,成功申请了宁波市精密驱动控制技术科技创新团队,团队开始走上快速发展的道路。团队由之前主要研发超精密工件台用高精度直线电机,逐渐向大推力高速度直线电机系统、大扭矩高精度力矩电机系统等有明确产业需求背景的方向延拓。科研团队研发出了用于航空部件加工数控机床用的长达10米的大推力高精度直线电机,性能和西门子同型号电机对标;研发出了用于精密数控转台的直驱力矩电机系统,重复定位精度2角秒;研发出了用于高速剑杆织机的开关磁阻电机驱动控制系统、电梯曳引机用轴向磁通盘式电机、用于圆编机的外转子大力矩电机及双读头高精度控制系统、基于PC的开放式运动控制器等,展示了先进制造所作为宁波材料所创新单元在装备制造方面的科研能力。
2014年,杨桂林高级研究员从新加坡归国,将国际领先的机械电子、机器人及制造自动化方面的先进理念和研究技术带入了团队,团队在先进机器人技术领域的研究方向更加明晰。杨桂林研究员为团队确立了机器人直觉示教与快捷编程、机器人误差补偿与精度提高、力-运动混合控制技术等机器人运用技术,以及基于全向移动平台和一体化柔顺机器人关节的移动操作机器人等下一代工业机器人技术两个研究方向,先后承担了国家自然科学基金面上项目、地区联合基金项目、中科院重点部署项目等重大项目,机器人技术方向进入了发展的快车道。
团队内部通过团结协作,将电机和驱动控制技术用于机器人等智能装备系统,在高端装备领域构建了“电机-驱动控制-机器人等智能装备”产业链,团队名称也正式确定为“精密运动与先进机器人团队”。在“团结协作”的工作氛围中,团队相继研发出了基于直驱力矩电机和开放式运动控制系统的并联结构机器人、基于高速高精度直线电机的直角坐标机器人、基于万向脚轮的全向移动机器人,抛光机器人等,并在机器人的直觉示教与快捷编程、误差补偿与精度提高、移动机器人的自主导航技术、机器人力-运动混合控制等方向取得了显著进展。
拼搏创新,形成团队核心竞争力
“精密运动与先进机器人团队”成立之初只有7、8个人,目前已经发展成为拥有50多人的大团队。这支“80后、90后”为主力,平均年龄只有30岁的年轻团队,严谨与活力结合、沉稳与激情并存,他们怀揣着工业强国的梦想和破釜沉舟的勇气,几年如一日,拼搏进取、开拓创新,默默奉献,不断攀登科学高峰。
为了突破直驱电机关键技术,团队集中科研骨干集体攻关,陈进华、张杰高级工程师,舒鑫东、蒋哲、周杰等工程师组成了科研攻关小组,在6个多月的项目执行时间内,大家攻坚克难,力保效率和进度。陈进华高级工程师每天早上总是第一个到办公室,晚上又是最后一个离开,反复进行电机的设计、计算和优化,精益求精;张杰高级工程师顾不上家中几个月大的儿子,牺牲了所有的节假日,在实验室模拟仿真,优化方案;舒鑫东、蒋哲、周杰等工程师也是加班加点,整日泡在实验室,对电机进行装配、测试,经常工作到深夜。“苦心人,天不负”,在同志们的共同努力下,大推力直线电机系统、低速大扭矩直驱力矩电机、应用热压辐向环的音圈电机、内燃直线发电系统、剑杆织机驱动控制系统、悬浮式直驱门机系统等研发成功,特别是应用热压辐向环的音圈电机和轴式直线电机采用所磁性材料事业部的优势技术-热压辐向环为核心部件,团队在先进驱动技术领域形成了核心竞争力。
为了攻克自主导航全向移动机器人技术瓶颈,郑天江、王慰军高级工程师,刘强、李俊杰等工程师成立项目组。他们历经无数个日夜奋战,不断调研、设计、模拟、测算,不断积累经验,寻找灵感、找准突破口、攻克难点,最终样机研发成功,并在国内大型汽车发动机车间应用,为团队在机器人整机开发领域奠定了坚实基础。在项目攻关过程中,项目组带头人郑天江博士为了尽早完成项目,没日没夜,忘我工作,就在自己结婚的前一天还在加班,他没有请一天假去准备婚礼,婚礼结束后又放弃蜜月度假,提前返回研究所继续工作。郑天江博士这种忘我拼搏的精神感动了项目组的全体成员,在他的感召下,大家努力拼搏、争分夺秒,提前完成了任务。目前“拼搏创新“精神已经在团队蔚然成风,正如刘强工程师说的,”这股拼劲是团队力量的源泉,否则多达上千个零部件的机器人系统是不可能在如此短的时间研发成功的。”
“党支部建在实验室”是由支部书记张驰研究员发起的团队传统活动,目的是通过党建促进科研创新,突出党支部的战斗堡垒作用、党员的先锋模范作用。多年来,团队在该活动中涌现出众多先进拼搏事迹。为了突破中科院重点装备计划项目中的非晶装备关键技术,有着十五年党龄的李华民高级工程师放弃了高温假期和周末,顶着40度的高温,连续两个月奋战在宁波韵升集团的钢构厂房中,衣服被汗水湿透了一遍又一遍,手脚被蚊虫叮咬十几个包,这都阻挡不了他工作的热情,在他的努力下,非晶装备按期完成各项指标,综合性能达到国际先进水平。在一体化智能机器人驱动关节项目中,党员舒鑫东、李荣、孙贤备等同志为了严把质量关,多次前往制造工厂,甚至有时在加工厂一呆一个多月,牢牢盯紧加工过程每个环节,从材料到成品,全程跟踪,严格质量检测,确保零件精度和质量要求,他们牺牲了众多节假日,通过高强度的加班和一丝不苟的敬业精神,保障了该项目顺利实施,最终使一体化关节相关参数技术远超预期,达到国内领先水平。……
经过多年传承和发扬,“拼搏创新”精神已经在“精密运动与先进机器人团队”生根、发芽、开花、结果,这不仅使团队的工作效率和凝聚力得到了极大的提升,还使团队在国内的影响力日益增强。目前,“精密运动与先进机器人团队”已经先后获得中科院机器人与智能制造创新研究院、浙江省重点实验室、浙江省智能装备设计院、宁波市创新团队等支持。
挑战传统,赢得科技创新新起点
传统的平移门机通常采用旋转电机加皮带的间接驱动方式,将电机的旋转运动转化为门扇的直线运动。由于存在中间传动环节和传动磨损,传动效率、平移速度和寿命有限,不适用于高速或重载场合。“精密运动与先进机器人团队“年轻的科研人员突破思维定势,采用磁悬浮技术解决支撑部件磨损问题,综合采用悬吊式结构、敞开式无凹形构件结构和变平面结构等多项创新技术解决衍生技术障碍。首次将常规上支式结构水平翻转进而成功实施最理想的磁悬浮直驱结构,敢于通过不断的技术创新克服水平翻转产生的各种技术难题,此结构即为国际首创的磁悬浮结构。目前此创新已经获得“国内首台套产品“和“中国专利优秀奖”。
团队研发的具有国内外领先水平的精密数控机床用大推力直线电机、轻量化柔顺操作臂、移动操作机器人、新型并联机械臂、抛光工业机器人等先进装备将对宁波市、浙江省、长三角地区乃至国家高端智能装备制产业的发展起到推动和支撑作用。目前,团队正在积极争取以大项目和平台为依托,不断提升团队能力,拓展科研方向,为区域高端制造业的发展贡献重要的力量。
工业强国任重道远,“精密运动与先进机器人团队”将继续在积累中进步,在磨砺中成长,永不停止科技创新的脚步。她将不忘初心,承载使命,再铸辉煌!
(先进制造所 李华民)
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