清華新聞網1月18日電 據中國載人航天工程辦公室消息，北京時間2024年1月17日22時27分，搭載天舟七號貨運飛船的長征七號遙八運載火箭在我國文昌航天發(fā)射場點火發(fā)射，約10分鐘后，天舟七號貨運飛船與火箭成功分離并進入預定軌道，之后飛船太陽能帆板順利展開，發(fā)射取得圓滿成功。天舟七號貨運飛船入軌后順利完成狀態(tài)設置，于北京時間2024年1月18日1時46分，成功對接于空間站天和核心艙后向端口。
天舟七號貨運飛船艙體長度超過6m、最大直徑超過3m，其高效高質量加工是一個世界性難題。為解決這個難題，清華大學機械系劉辛軍教授團隊從自然界生命體作業(yè)方式尋找靈感，受長頸象鼻蟲筑繭、啄木鳥啄木、手工藝師雕刻作品等“移動定位、局部精細化作業(yè)”的普遍現象受到啟發(fā)，率先提出了“大范圍定位+局部五軸精雕細刻”的生命體行為仿生作業(yè)模式，可實現工件保持不動、加工設備移動作業(yè)的原位加工。進一步，應用并聯機構學原理，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機構，進而借鑒類似于人手的功能，把這個可實現五軸運動的并聯機構作為機械手，創(chuàng)新性地設計并研制了一種移動式混聯加工機器人（如圖1所示），它由可大范圍移動的AGV、并聯結構的高剛度兩自由度機械臂和五自由度并聯機構模塊三部分構成。
圖1.一種“大范圍定位+局部五軸精雕細刻”的移動式混聯加工機器人
在需要對構件的某局部特性進行加工時，AGV首先在iGPS的引導下移動到待定位置，然后支點及輔助機構支撐住AGV底盤使其固定，接著擺動機械臂到一定位置并鎖死驅動電機，這樣AGV和機械臂就可以構成一個高剛度的剛體。AGV和機械臂準備就緒后，末端的并聯運動機械手在視覺/觸覺等的感知下，確定好刀具與被加工特征的相對位姿，就可以對局部特征進行加工，在直徑300mm范圍內局部最大誤差可控制在0.04mm以內，在6m尺度范圍內全局加工精度可達0.1mm。由于這種移動式機器人的末端是一個可實現精細化作業(yè)的機械手，它能夠完成像一名工匠一樣作業(yè)的加工任務，因此這種移動式混聯加工機器人也被稱為“機器工匠”。
這種“機器工匠”的發(fā)明和研制，解決了天舟七號貨運飛船艙體和艙段的原位高效高質量制造難題（圖2），與助力天舟六號制造不同的是，此次的機器人在高精度定位方面有了新的進展，采用視覺與接觸式測頭融合的測量方法，使定位精度由0.04mm提高到了0.02mm，在提升航天產品原位制造技術自主可控能力上向前邁進了一大步，也可推廣應用到盾構、燃氣輪機、航空等領域。
圖2.“機器工匠”用于構件的精雕細刻
相關工作得到國家自然科學基金委“共融機器人基礎理論與關鍵技術研究”重大研究計劃、國家智能機器人重點研發(fā)計劃和北京市科技計劃智能制造技術創(chuàng)新與培育專項等項目的支持。
供稿：機械系
編輯：肖零
審核：郭玲
