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“党员在行动”之“团结协作,拼搏创新”的精密运动与先进机器人技术团队
作者:先进制造所/党群办 张驰、黄彬彬/胡楠,日期:2016-07-28

  201010月,数控机床用大推力直线电机演示系统研制成功…… 

  20128月,用于安防系统的长行程重载高速磁悬浮门机研发成功…… 

  20143月,智能磁悬浮直驱门机系统成功实现了商业应用…… 

  201412月,智能磁悬浮直驱门机系统获得宁波市装备制造重点领域首台套产品认证…… 

  20155月,基于主动万向脚轮的全向移动平台研发成功并在企业车间试用…… 

  …… 

  这是“精密运动与先进机器人技术团队”,宁波材料所一个年轻的科研团队取得的科研成绩! 

  “团结协作,拼搏创新”,在精密运动与先进机器人技术团队办公室偶然抬头可以看到这八个字,环顾四周满满一屋子的员工和研究生们正在紧张有序地工作着。回顾这个团队几年来的经历,再看看这样的场面,每一位了解这个团队的人都会感慨万千。 

    

  团结协作,不断拓展科技研发新方向 

  2009年底,为了进一步发挥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,在宁波材料所二期建设中,将直驱电机及其应用方向转入新建的先进制造所,以加强该领域方向的建设。 

  当时这个团队缺乏高层次人才,没有自己的优势技术,团队的发展在变化中不断前行,20105月,具有20多年直线电机应用及产业化背景的廖有用研究员担任团队负责人,彻底改变了团队缺少领军人物的现状。廖有用倡导团队年轻的工程师们成员们要“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,整体的团队技术力量得到加强,特别是年轻人的能力和战斗力得到很大的提高。 

  20122月,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(工研院)创新单元在装备制造方面的科研能力。 

  201312月,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。 

  团队内部团结协作,将电机及驱动控制技术用于机器人系统,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,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等方向取得了显著进展。 

    

  拼搏创新,形成团队的核心竞争力 

  2010年下半年,团队集中科研骨干,重点攻关大推力直线电机系统。在2个多月的项目执行时间内,大家克服了很多困难。骨干成员黄彬彬,在项目执行后期一直在生病挂盐水,但仍以饱满的工作热情圆满完成电机制造任务;他感慨地表示最大的体会是任务执行过程中大家的互相配合和团队凝聚力的提升,否则多达上千个零部件的演示系统是不可能在如此短的时间调试成功;负责演示系统机床设计装配制造的陆彤工程师克服了工厂因限电不断推迟交货的困难,加班加点赶时间;翁志明等老师傅的经验也起了很大的作用。  

  之后,在陈进华、赵飞、张杰、黄彬彬、舒鑫东、蒋哲、周杰等同志的共同努力下,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。 

  2013年,从意大利学成归国的郑天江博士将仿生机器人、软体机器人的运动学和动力学仿真及设计中的所学融入到多轴运动控制系统和多关节机器人运动控制研究中,研发成功了基于PC的开放式全软运动控制器,并在团队开发的并联机器人和移动机器人上成功应用。郑天江为了按期完成项目,使机器人参加宁波市智博会,经常加班到深夜。2014年国庆节是他结婚的大喜日子,为了完成项目,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。他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,提前完成了项目。郑天江在工作中肯动脑、善思考,在参观中国工业博览会后,他撰文分析了国内外机器人的不同特性,探讨了机器人未来的发展趋势和前景。该文被中国科学报、人民网(科技频道)、科学网、搜狐新闻等多家媒体网站转载。 

  经过多年的团结协作,团队工作学习氛围好,人气旺,开展各项工作的积极性有效提升;团队高效管理,制度严明,比如在项目管理这块,每个项目都有负责人和组员,项目负责人按要求撰写计划表和技术文档,定期汇报实际进展情况与计划表校比,并作为团队成员考核的参考依据之一。团队每月举行学习交流会,轮流做报告交流技术、项目研发情况、工作心得等,分享各种经验体会。 

    

  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,故障率较高,容易松滑,传动件和支撑滑轮需要经常维护或更换。 

  应用广泛的轴式直线电机省去机械传动件,实现更高的速度、更长的寿命,但仍然受限于滑轮磨损问题。为消除法向吸力影响,多采用端式固定直线电机或采用基于凹形构件的框结构,但仍未能有效解决性能受限和轨道磨损两大长期存在的关键共性难题。 

  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,因而具有很好的新颖性和创造性。经国际查新,此结构为国际首创的磁悬浮结构。 

  此项科研成果采用国际首创的双导轨悬吊式磁悬浮直驱结构有效解决了直线驱动领域速度、寿命、可靠性等性能受限问题和轨道磨损问题,适用于长中短行程、重中轻负载、高中低速度等各类直线驱动场合,真正找到了一种应用范围广、适合标准化的通用性直线驱动装置解决方案,使我国自动门机技术达到了世界领先水平。在产业上,打破了国外行业巨头长期对高端自动门机垄断的局面,有利于引领我国自动门产业(年产值达1300亿元)的技术创新,进而促进自动门这个传统大型产业的转型和升级,提升我国自动门产业的竞争力和产品附加值,也标志着我国自动门机产业从跟随模仿转入了引领创新的新局面。 

    

  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等先进装备将对宁波市等长三角地区装备制造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。