太空技術(shù)“闖入”機(jī)器人王國(guó) 碰撞出怎樣的火花？

全自動(dòng)飲品機(jī)器人示意圖。中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院供圖

一場(chǎng)現(xiàn)實(shí)版的“機(jī)器人總動(dòng)員”正在2018世界機(jī)器人大會(huì)現(xiàn)場(chǎng)上演：不斷向來(lái)訪者端出一杯杯奶茶的全自動(dòng)飲品機(jī)器人、形似“大白”的激光雷達(dá)掃描測(cè)量機(jī)器人、能夠一眼辨出珠寶瑕疵的“慧眼”機(jī)器人、增強(qiáng)人體機(jī)能的外骨骼機(jī)器人……僅從外形來(lái)看，這些機(jī)器人似乎并不出眾，然而他們卻因?yàn)閾碛泄餐暮诵募夹g(shù)來(lái)源而顯得尤為特別——來(lái)自航天科技集團(tuán)中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院的“太空技術(shù)”。

在我國(guó)航天的科技力量版圖中，中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院被稱(chēng)作中國(guó)航天的搖籃，其研制包括長(zhǎng)征五號(hào)、長(zhǎng)征七號(hào)在內(nèi)的長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭，成為中國(guó)航天一張張閃亮名片，如今這些造火箭的“高大上”航天技術(shù)，闖入了“走近尋常百姓”的機(jī)器人大會(huì)，它們之間將碰撞出怎樣的火花？記者到現(xiàn)場(chǎng)一探究竟。

太空機(jī)械臂：天上地上都能清掃垃圾

兩年前，中國(guó)新一代運(yùn)載火箭長(zhǎng)征七號(hào)成功首飛，搭乘這枚火箭飛天的“乘客”中，有一位“高手”，在天上完成了我國(guó)首次“太空垃圾”清理技術(shù)演示試驗(yàn)——空間碎片主動(dòng)清除，引起國(guó)內(nèi)外巨大關(guān)注。

這項(xiàng)試驗(yàn)的主角就是由中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院18所研制的“6自由度空間機(jī)械臂”，俗稱(chēng)“太空機(jī)械臂”。時(shí)隔一年，該院18所用太空機(jī)械臂技術(shù)，衍生出智能協(xié)作型機(jī)器人、工程教育機(jī)器人等多款具有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平的“神技”機(jī)器人。

機(jī)器人的動(dòng)作，給人的印象往往是僵硬、不知深淺的。要代替進(jìn)化了數(shù)十萬(wàn)年的人類(lèi)手臂，首先要解決動(dòng)作協(xié)調(diào)、連貫的問(wèn)題。18所項(xiàng)目負(fù)責(zé)人王燕波告訴記者，該所科研人員在太空機(jī)械臂的基礎(chǔ)上，研制出了仿人機(jī)械臂和輕型工業(yè)機(jī)械臂。在它們“身上”，已找不出傳統(tǒng)機(jī)械臂笨重、僵硬的影子。

這其中，智能協(xié)作型機(jī)器人和人的手臂一樣靈活，任意擺動(dòng)，既能單臂工作，又能雙臂協(xié)作，還能和人互動(dòng)。王燕波說(shuō)，一些復(fù)雜的手工制造動(dòng)作、在家庭或醫(yī)院中扶助老幼病弱，都可由它完成。

至于工程教育機(jī)器人，雖然關(guān)節(jié)沒(méi)有前者多，但也能勝任手機(jī)、電腦等“3C”產(chǎn)品生產(chǎn)線上輕拿輕放的操作，王燕波說(shuō)，成本也較為低廉，完全可以大規(guī)模應(yīng)用，替人完成單調(diào)的流水線操作，創(chuàng)造出“機(jī)器人口紅利”。

這背后都和運(yùn)載火箭的“伺服機(jī)構(gòu)”的研制積累分不開(kāi)。王燕波說(shuō)，當(dāng)火箭控制系統(tǒng)一聲令下，伺服機(jī)構(gòu)要即刻響應(yīng)，把推力數(shù)十、上百?lài)嵉陌l(fā)動(dòng)機(jī)擺到位，從而讓火箭飛向正確的方向，“若失之毫厘，火箭就會(huì)謬之千里，其精密程度可想而知，科研人員也從此成為我國(guó)精密機(jī)電設(shè)備研制領(lǐng)域的佼佼者”。

讓火箭“清醒”的大腦也能裝給機(jī)器人？

控制系統(tǒng)是火箭的“神經(jīng)中樞”，它可以讓火箭在飛行中保持“頭腦清醒”，控制幾十萬(wàn)個(gè)元器件工作，按預(yù)定路線飛行，在規(guī)定位置做規(guī)定動(dòng)作，還能根據(jù)情況隨機(jī)應(yīng)變，閃轉(zhuǎn)騰挪。

如今，這項(xiàng)技術(shù)也“落地”到一款名為智能安防的機(jī)器人身上。中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院12所項(xiàng)目負(fù)責(zé)人劉秀娟告訴記者，該機(jī)器人堪比“火眼金睛”，是以科研院所、大型倉(cāng)庫(kù)、工業(yè)園區(qū)、監(jiān)獄等場(chǎng)所安防需求為出發(fā)點(diǎn)，自主研發(fā)的網(wǎng)絡(luò)化智能安防系統(tǒng)。

她所在研究所的主業(yè)是航天控制與信息領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)研究，把精準(zhǔn)控制火箭的技術(shù)移植到安防機(jī)器人身上，自然具有先天優(yōu)勢(shì)——

自主導(dǎo)航導(dǎo)引與控制技術(shù)，讓安防機(jī)器人和人類(lèi)一樣靈活行走;多源信息智能融合技術(shù)則給了它一雙“火眼金睛”，可以快速識(shí)別各種異常;大數(shù)據(jù)分析技術(shù)讓它擁有一個(gè)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的“大腦”;空地復(fù)合機(jī)器人系統(tǒng)集成技術(shù)，讓它天上地下自由行動(dòng);機(jī)器人關(guān)鍵的部組件都是軍工級(jí)別，即便身處惡劣天氣也不怕。

更值得一提的是，這款機(jī)器人已經(jīng)在河北固安航天產(chǎn)業(yè)基地“上崗”。在實(shí)際工作過(guò)程中，這款智能安防機(jī)器人可以巡邏，也可以在門(mén)口值班，“可以說(shuō)，和安全相關(guān)的事，它全包了，甚至是‘操碎了心’，路燈不亮了、誰(shuí)家窗戶(hù)壞了，它都管，而且從發(fā)現(xiàn)異常到發(fā)出警報(bào)不超過(guò)2秒。”劉秀娟說(shuō)。

中看不中用？借航天技術(shù)突破核心難題

在現(xiàn)場(chǎng)，一個(gè)個(gè)頭不大，長(zhǎng)相貌似卡通人物“大白”的機(jī)器人吸引了不少來(lái)訪者駐足觀看，這款機(jī)器人名為“調(diào)頻激光雷達(dá)掃描儀”，通俗地說(shuō)就是一名大型設(shè)備的 “檢測(cè)醫(yī)生”。

隨著我國(guó)大火箭、大飛機(jī)、大型船舶等大型高端裝備的發(fā)展不斷加快，部件的尺寸是否制造準(zhǔn)確，姿態(tài)形狀是否符合設(shè)計(jì)要求，都直接決定著這些大型設(shè)備安全和性能。事實(shí)上，在新一代運(yùn)載火箭長(zhǎng)征五號(hào)的研制過(guò)程中，大型結(jié)構(gòu)的精密測(cè)量就一直是困擾科技人員的難題。

中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院102所項(xiàng)目負(fù)責(zé)人石柯告訴記者，長(zhǎng)期以來(lái)，此類(lèi)“精密測(cè)量”產(chǎn)品的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)都被進(jìn)口設(shè)備壟斷，該所科研人員研制的這款具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的智能設(shè)備，攻克多項(xiàng)核心關(guān)鍵技術(shù)，打破國(guó)外禁運(yùn)壟斷，并率先在長(zhǎng)征五號(hào)身上得到了應(yīng)用。

石柯說(shuō)，這款機(jī)器人在占地幾平方米的空間內(nèi)，就可以實(shí)現(xiàn)大火箭、大飛機(jī)、大型船舶等大型設(shè)備的精密測(cè)量，“在2米的范圍上，測(cè)量精度可以達(dá)到20微米，在50米的范圍上，測(cè)量精度可以達(dá)到0.3毫米”。

“中看不中用”成為不少人對(duì)新興機(jī)器人的詬病——如果沒(méi)法保證機(jī)器人單個(gè)部件產(chǎn)品的質(zhì)量，最終裝配在一起，其外觀外形、氣動(dòng)特性等也依然沒(méi)法滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。因此，借航天領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)的積累，來(lái)幫助突破機(jī)器人的核心技術(shù)難題，也成了航天人的一種選擇。

大會(huì)現(xiàn)場(chǎng)就有一個(gè)例子：一款工業(yè)外骨骼機(jī)器人，自重25公斤，卻可協(xié)助操作者背負(fù)60公斤載荷，并以每小時(shí)4公里速度進(jìn)行長(zhǎng)距離、多地形行走作業(yè)，此外，還能協(xié)助操作者完成50公斤負(fù)荷搬抬托舉作業(yè)。

中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院18所項(xiàng)目負(fù)責(zé)人于志遠(yuǎn)告訴記者，這款機(jī)器人就是依托航天相關(guān)技術(shù)，最終突破了人機(jī)多模態(tài)運(yùn)動(dòng)建模與仿真、人機(jī)協(xié)同控制、人機(jī)感知交互等核心技術(shù)。