产学研合作让尖端工业机器人设计“傻瓜”起来

  主持人：工业机器人是人机一体化智能系统的重要劳动力，但高端并联工业机器人的设计严重依赖设计者的突发灵感且周期较长、成本比较高。不过目前，得益于天津大学和行业企业的科研人员一起努力，这种不稳定的设计方式正在被一整套精确的计算公式取代。机器人设计也在逐步工业化。来听记者郭曦然的报道。

  在无锡一家大型铸造企业内，随着传送带的缓缓转动，一部用于涡轮增压设备的压气机壳完成打磨，被送往下一道工序。但是，和传统的生产的基本工艺不同，完成这一工序的并不是工人，而是一台来自本市的工业机器人。设备生产方，天津中屹铭科技有限公司总经理陈跃程说：

  （录音：它的优势是强度大，不怕粉尘，加工幅面也大，一公斤的、一百公斤的、一吨的。铸造行业核心工序，唯独铸造打磨切割这个工序上，以前一直达不成自动化，我们就解决了跨尺度多材质铸造的一个问题。）

  利用这套设备，这家铸造企业解决了复杂型面打磨等难题，效率较人工提升了5倍，每年仅人工成本就节约1500多万元。而这样一套设备，竟是通过一整套数学模型“算”出来的。这项成果刚刚获得2023年天津市自然科学特等奖。项目完成人，天津大学机械工程学院教授孙涛说：

  （录音：你给我有个输入，按照我的理论，我就输出一套并联机器人机构。比如说我们做加工通常要五轴，然后用我的理论，通过精确的运算我就能够找到我是3支链能轻松实现还是5支链实现，然后怎么排布的，我就能够找到拓扑结构。）

  孙涛所说的并联机器人，是自动工业机器人的一种设计结构，不同于现在普遍的使用的、具有和人上肢类似结构的串联机器人，这种结构的机器人在加工精度、抵抗变形的刚度等方面具有更多优势。孙涛说：

  （录音：常见的串联机器人，一个关节连着一个关节，精度和钢度都比较差，并联像两个胳膊我抱在一块，所以它的负载能力比较强，刚度也比较大，在人机一体化智能系统、医疗健康等领域，应用的范围是比较广的。）

  但是长期以来，这种机器人的设计严重依赖灵感和试错：设计人员凭借经验和苦思冥想后的灵光一现建立基本结构，然后画图，再制作不同比例的模型验证，一旦失败，就要从头开始，用时长，成本高。于是，长期与产业界合作互动的孙涛想，既然机器人本质上是一种数学和力学结构，那能不能找到一套算法，解决这些问题？

  要完成这样的创新，孙涛需要更新大量的数学知识，还要完成大量现有案例的分析，这都意味着要经历很久的摸索。但是，产业界的需要还是推动孙涛带领团队从头开始。

  （录音：我带了一个博士，就天天我俩在学数学，基本上把目前所有的数学都看了一遍，我就12年到16年几乎就没什么成果，一篇论文没发。）

  边学习，边计算，边摸索，经过近10年努力，2020年，研发获得重要突破，不仅解决了结构设计优化和精度调控等方面的难题，还一举设计出多款新结构机器人，解决了困扰产业界多年的难题中屹铭公司开发的高刚性切磨通用机器人就是这里面之一。陈悦程说：

  （录音：孙涛孙院长带领团队们做出了一种并混联结构，在比如说特种阀门、特种五金件、汽车领域，形成了典型示范案例项目。具备了5年左右的技术壁垒期，几百上千亿的市场份额。）

  截至目前，利用这一理论，孙涛已完成三十多款并联机器人设计和专利申请，并投入实用。而对孙涛来说，他的下一个计划是将AI与这一理论结合，开发专用模型，实现相关机器人设计的进一步提速。

  （录音：这个是我们自己建的并联机构的大模型，就像大语言模型一样，你不断训练它，就能够准确的通过你的对话，根据你的要求给你设计出新的了，然后它的性能，我们选出一个我们大家都认为的理想结构，再用我们的理论去做精度的提升，一天就能设计出来。）（记者郭曦然）