然而，高鵬團(tuán)隊志在遠(yuǎn)方：“希望這項技術(shù)能推廣到更多領(lǐng)域應(yīng)用，目前我們只是剛剛邁出了第一步。”
1個“80后”和2個“85后”的核心團(tuán)隊
高鵬核心團(tuán)隊，由1個“80后”和2個“85后”組成。
出生于1982年的高鵬，博士畢業(yè)于上海交通大學(xué)精密儀器及機(jī)械專業(yè)，年紀(jì)輕輕已是高級工程師。如此年輕就挑大梁絕非偶然：2012年進(jìn)入中國航天科技集團(tuán)公司上海航天805所工作的他一直從事驅(qū)動控制領(lǐng)域項目研制工作，在機(jī)器人技術(shù)研究方面具有突出的研發(fā)和創(chuàng)新能力，主持并參與了多項省部級研究項目，已成長為驅(qū)動控制及機(jī)器人領(lǐng)域的重要技術(shù)骨干。近些年來，高鵬帶領(lǐng)其團(tuán)隊通過對機(jī)器人技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的調(diào)研，結(jié)合單位在驅(qū)動控制領(lǐng)域的發(fā)展需求，瞄準(zhǔn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)核心驅(qū)動器件進(jìn)行技術(shù)研究和產(chǎn)品研制。
工程師宗魏是上海航天自己培養(yǎng)的碩士，學(xué)的是飛行器設(shè)計專業(yè)，主要從事機(jī)械設(shè)計及測試技術(shù)研究，參與了機(jī)器人雙輸入差速驅(qū)動器的機(jī)械設(shè)計和樣機(jī)測試。值得一提的是，出生于1985年的她，雖然有著男性的名字，卻是這個團(tuán)隊里唯一的女性。
出生于1988年的劉天明，更是一位年輕的工程師，去年剛從上海航天飛行器設(shè)計專業(yè)碩士畢業(yè)，初生牛犢不怕虎的精神驅(qū)使他在研究生期間就參與到機(jī)器人雙輸入差速驅(qū)動器的驅(qū)動方案設(shè)計攻關(guān)中。
“宗魏有工程化經(jīng)驗，在實際工作中，提供了不少寶貴的經(jīng)驗和建議。”高鵬笑著評價道，作為一名女性，宗魏就像是一個“潤滑劑”。“在機(jī)械設(shè)計過程中，每個人的想法不一樣，她會‘以柔克剛’，把大家的想法綜合、歸納，提出合理化建議，為團(tuán)隊小伙伴所信服，同時她也主動擔(dān)負(fù)起后勤保障的角色，深夜加班時一碗碗熱氣騰騰的泡面給予的正是拼搏的不竭動力。”
此外，團(tuán)隊還有幾位技術(shù)“大咖”曾令斌、韓亮亮的鼎力相助。“我們團(tuán)隊成員全部都是‘80后’，都懷揣著欲與天公試比高的情懷。”高鵬說，年輕的優(yōu)勢是充滿激情，敢于挑戰(zhàn)，善于創(chuàng)新，思維不拘一格，行為果斷。但也有不足，那就是經(jīng)驗少，考慮不夠全面。正是在“老法師”任安業(yè)、鄒懷武等研究員的指點和幫助下，才實現(xiàn)了機(jī)器人雙輸入差速驅(qū)動器的完美打造。
靈感來自于汽車差動器的逆向啟發(fā)
成立兩年來，高鵬團(tuán)隊始終致力于以機(jī)器人為代表的智能裝備核心器件的自主創(chuàng)新，在提高性能和降本增效的道路上不斷探索。基于長期從事機(jī)器人研究經(jīng)歷，源自于對實際機(jī)構(gòu)驅(qū)動控制問題的思考與創(chuàng)新，開創(chuàng)性設(shè)計出這種機(jī)器人雙輸入差速驅(qū)動裝置。“像達(dá)芬奇醫(yī)療機(jī)器人，可以給病人動手術(shù)，一旦采用我們的雙輸入系統(tǒng)，可以讓它的‘手臂’變得更加柔軟，動作更加順暢，提高操作的精準(zhǔn)性，從而提高醫(yī)療的安全性，降低醫(yī)療成本。”
創(chuàng)新不是一蹴而就的。“我們的idea來源于汽車差動器。汽車是靠一個發(fā)動機(jī)輸入，兩個輪子輸出，正是采用了差動器才實現(xiàn)轉(zhuǎn)向時內(nèi)車輪和外車輪速度不一樣輸出。于是，我們通過逆向思維，‘兩個輸入一個輸出’的idea便由此產(chǎn)生了。但是，我們始終追求的目標(biāo)是：設(shè)計的結(jié)構(gòu)形式要便捷，而且還要控制好它的成本。”高鵬介紹說，在完成原型設(shè)計工作之后，如何低成本、高可靠實現(xiàn)產(chǎn)品成為擺在團(tuán)隊面前的問題。他們深入到加工制造第一線，通過大量的走訪調(diào)研找到了合適的制造伙伴，但是對于首臺樣機(jī)的制造與調(diào)試并不是一帆風(fēng)順的，工藝和材料成為需要亟待解決的首要問題。團(tuán)隊成員蹲點到生產(chǎn)車間，與工人師傅共同探索，通過反復(fù)的嘗試，探尋到合理的加工方法，既保證質(zhì)量的同時又提高加工效率。同時，還試驗出理想的材料，在提高壽命的同時又降低成本。裝配過程中的磕絆和調(diào)試過程中的困擾絲毫沒有阻擋團(tuán)隊的信心，經(jīng)過反復(fù)實驗測試和設(shè)計改進(jìn)，產(chǎn)品的運動性能、控制性能更加趨于合理化。
成品出來后，通過初期的測試效果滿意：作為機(jī)器人核心器件，雙輸入差速驅(qū)動器不僅擺脫了對國外諧波或RV常規(guī)驅(qū)動產(chǎn)品的限制，而且具有低間隙小回差、調(diào)速范圍寬、快速無極換向、冗余備份、能源回收等性能，適用于高精度傳動與控制，而且憑借其簡單制造工藝和低廉研制成本可實現(xiàn)未來產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
記者看到的這款裝置大概只有碗口大小，安裝在機(jī)器人“關(guān)節(jié)”里，但它是小身材，大能量。
“常規(guī)產(chǎn)品只能實現(xiàn)固定力矩速度變換，有著運動響應(yīng)依賴于電機(jī)性能等不足。”高鵬例舉了自己產(chǎn)品的種種好處：寬范圍調(diào)速、無極換向、傳動精度高、能源回收、剛度變換、冗余備份。“像能源回收，常規(guī)單輸入減速器無法在驅(qū)動狀態(tài)下實現(xiàn)負(fù)載功率回收利用，我們的技術(shù)利用雙輸入單輸出結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)一個輸入的驅(qū)動輸出時，另一輸入的能量回收，從而提高能源利用率。”高鵬說，常規(guī)單輸入減速器不具有安全備份能力，我們的技術(shù)利用雙輸入實現(xiàn)冗余備份，從而增強(qiáng)機(jī)器人的運行安全性和可靠性。
目標(biāo):將技術(shù)“民用化”推廣到更多領(lǐng)域
“這項技術(shù)做起來并不復(fù)雜，它的功能是目前常規(guī)產(chǎn)品的覆蓋。但是，作為航天產(chǎn)品，它的安全性和可靠性是最關(guān)鍵的。”高鵬說，由于是雙輸入，因此即便它有一個輸入壞了，另一個還能正常工作。
高鵬為這項技術(shù)規(guī)劃的目標(biāo)是“四步走”：第一步做樣機(jī)，先奠定技術(shù)和工藝基礎(chǔ);第二步型譜化，也就是規(guī)格系列化，形成產(chǎn)品族譜;第三步智能化，為產(chǎn)品裝配智能化驅(qū)動大腦，實現(xiàn)高性能應(yīng)用;第四步整機(jī)化，建立裝備制造體系，實現(xiàn)綜合化發(fā)展。
“目前我們只是邁出了第一步：完成樣機(jī)研制。”但是，對于未來，高鵬信心滿滿：從經(jīng)濟(jì)效益分析來看，機(jī)器人制造業(yè)中調(diào)速器占其單機(jī)成本的30%，目前機(jī)器人選用的驅(qū)動器多為諧波減速器、RV減速器等，且多為國外產(chǎn)品。與我們這項技術(shù)規(guī)格相近的減速器價格昂貴，我們樣機(jī)的制造成本只有它的30%，若以后實現(xiàn)批量化生產(chǎn)可進(jìn)一步降低40%，約為參考產(chǎn)品的18%，因此具有突出的成本優(yōu)勢。
此外，國外產(chǎn)品其訂貨周期為8-12周，加上合同流程和報關(guān)等過程，從訂單到實物間隔最小為16周。“而我們的產(chǎn)品采用簡潔化構(gòu)型，齒輪等主要部件不需要特殊處理，原理樣機(jī)制造及裝配過程約為8周，批量化生產(chǎn)后可控制在4周內(nèi)，而且可以根據(jù)用戶實際需要進(jìn)行定制。”全國推廣“中國制造”，是高鵬團(tuán)隊的愿景。
“未來，我們的目標(biāo)是將之‘民用化’。”高鵬表示，機(jī)器人雙輸入差速驅(qū)動器在空間領(lǐng)域可應(yīng)用于空間機(jī)器人、行星車、高精度指向機(jī)構(gòu)等，在民用領(lǐng)域則可以用于交通、物流、加工制造等各種機(jī)器人及驅(qū)動機(jī)構(gòu)，是未來軍民融合產(chǎn)業(yè)化發(fā)展一個重要突破方向。
在中國智能制造2025的號召下，在國家軍民融合發(fā)展的大背景下，中國航天科技集團(tuán)公司上海航天805所為員工的技術(shù)創(chuàng)新搭建出良好的平臺，并為創(chuàng)新性項目產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供積極幫助。因此，團(tuán)隊正依托所在單位同外部投資公司和產(chǎn)業(yè)化用戶進(jìn)行積極接洽，擬在機(jī)器人集成應(yīng)用、性能伺服驅(qū)動領(lǐng)域方面實現(xiàn)典型示范應(yīng)用。
“未來你們見到的機(jī)器人、智能輪椅、電動汽車、無人機(jī)也許將會應(yīng)用到我們團(tuán)隊的產(chǎn)品。”高鵬笑著說。
“路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索。”高鵬及其團(tuán)隊成員將在技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化的道路上不斷探索，披荊斬棘。