清華新聞網(wǎng)1月18日電 據(jù)中國(guó)載人航天工程辦公室消息，北京時(shí)間2024年1月17日22時(shí)27分，搭載天舟七號(hào)貨運(yùn)飛船的長(zhǎng)征七號(hào)遙八運(yùn)載火箭在我國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)點(diǎn)火發(fā)射，約10分鐘后，天舟七號(hào)貨運(yùn)飛船與火箭成功分離并進(jìn)入預(yù)定軌道，之后飛船太陽(yáng)能帆板順利展開(kāi)，發(fā)射取得圓滿(mǎn)成功。天舟七號(hào)貨運(yùn)飛船入軌后順利完成狀態(tài)設(shè)置，于北京時(shí)間2024年1月18日1時(shí)46分，成功對(duì)接于空間站天和核心艙后向端口。
天舟七號(hào)貨運(yùn)飛船艙體長(zhǎng)度超過(guò)6m、最大直徑超過(guò)3m，其高效高質(zhì)量加工是一個(gè)世界性難題。為解決這個(gè)難題，清華大學(xué)機(jī)械系劉辛軍教授團(tuán)隊(duì)從自然界生命體作業(yè)方式尋找靈感，受長(zhǎng)頸象鼻蟲(chóng)筑繭、啄木鳥(niǎo)啄木、手工藝師雕刻作品等“移動(dòng)定位、局部精細(xì)化作業(yè)”的普遍現(xiàn)象受到啟發(fā)，率先提出了“大范圍定位+局部五軸精雕細(xì)刻”的生命體行為仿生作業(yè)模式，可實(shí)現(xiàn)工件保持不動(dòng)、加工設(shè)備移動(dòng)作業(yè)的原位加工。進(jìn)一步，應(yīng)用并聯(lián)機(jī)構(gòu)學(xué)原理，發(fā)明了一種兼具輕量化和高效高精性能的五自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，進(jìn)而借鑒類(lèi)似于人手的功能，把這個(gè)可實(shí)現(xiàn)五軸運(yùn)動(dòng)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為機(jī)械手，創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)并研制了一種移動(dòng)式混聯(lián)加工機(jī)器人（如圖1所示），它由可大范圍移動(dòng)的AGV、并聯(lián)結(jié)構(gòu)的高剛度兩自由度機(jī)械臂和五自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)模塊三部分構(gòu)成。
圖1.一種“大范圍定位+局部五軸精雕細(xì)刻”的移動(dòng)式混聯(lián)加工機(jī)器人
在需要對(duì)構(gòu)件的某局部特性進(jìn)行加工時(shí)，AGV首先在iGPS的引導(dǎo)下移動(dòng)到待定位置，然后支點(diǎn)及輔助機(jī)構(gòu)支撐住AGV底盤(pán)使其固定，接著擺動(dòng)機(jī)械臂到一定位置并鎖死驅(qū)動(dòng)電機(jī)，這樣AGV和機(jī)械臂就可以構(gòu)成一個(gè)高剛度的剛體。AGV和機(jī)械臂準(zhǔn)備就緒后，末端的并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)械手在視覺(jué)/觸覺(jué)等的感知下，確定好刀具與被加工特征的相對(duì)位姿，就可以對(duì)局部特征進(jìn)行加工，在直徑300mm范圍內(nèi)局部最大誤差可控制在0.04mm以?xún)?nèi)，在6m尺度范圍內(nèi)全局加工精度可達(dá)0.1mm。由于這種移動(dòng)式機(jī)器人的末端是一個(gè)可實(shí)現(xiàn)精細(xì)化作業(yè)的機(jī)械手，它能夠完成像一名工匠一樣作業(yè)的加工任務(wù)，因此這種移動(dòng)式混聯(lián)加工機(jī)器人也被稱(chēng)為“機(jī)器工匠”。
這種“機(jī)器工匠”的發(fā)明和研制，解決了天舟七號(hào)貨運(yùn)飛船艙體和艙段的原位高效高質(zhì)量制造難題（圖2），與助力天舟六號(hào)制造不同的是，此次的機(jī)器人在高精度定位方面有了新的進(jìn)展，采用視覺(jué)與接觸式測(cè)頭融合的測(cè)量方法，使定位精度由0.04mm提高到了0.02mm，在提升航天產(chǎn)品原位制造技術(shù)自主可控能力上向前邁進(jìn)了一大步，也可推廣應(yīng)用到盾構(gòu)、燃?xì)廨啓C(jī)、航空等領(lǐng)域。
圖2.“機(jī)器工匠”用于構(gòu)件的精雕細(xì)刻
相關(guān)工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委“共融機(jī)器人基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究”重大研究計(jì)劃、國(guó)家智能機(jī)器人重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和北京市科技計(jì)劃智能制造技術(shù)創(chuàng)新與培育專(zhuān)項(xiàng)等項(xiàng)目的支持。
供稿：機(jī)械系
編輯：肖零
審核：郭玲
