高可靠精密濾波傳動技術的發(fā)明，打破了少數(shù)工業(yè)發(fā)達國家對工業(yè)機器人及有關高端裝備核心基礎部件的壟斷，能降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本，為提升國產(chǎn)工業(yè)機器人核心競爭力創(chuàng)造了關鍵科技條件。

機器人、航空、航天、船舶、車輛、武器裝備……任何機電裝備都可能出現(xiàn)“卡澀”、“卡死”等問題，怎么辦？1月8日，被授予國家技術發(fā)明二等獎的“高可靠精密濾波傳動技術及系統(tǒng)”給出了答案：由高可靠精密濾波傳動技術支持的傳動機構(gòu)能像人體關節(jié)般自動適應變形，可以解決這一難題。

為我國高端裝備制造業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了關鍵科技條件

“這個項目聽起很高深，用途卻很實在。”作為項目主要完成人，重慶大學教授、博士生導師王家序說，任何機電裝備基本上都是由動力、傳動、執(zhí)行、控制、輔助等五大系統(tǒng)組成，它們的動力傳動與運動控制都需要將動力系統(tǒng)的高速、小轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行系統(tǒng)的低速、大轉(zhuǎn)矩，才能實現(xiàn)運轉(zhuǎn)。

在這個過程中，由于零部件的不同設計、裝配誤差及負載過大等多種因素，導致轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速不可避免地發(fā)生波動，特別是在高低溫、負載變化等特殊環(huán)境下，容易發(fā)生“卡澀”、“卡死”、結(jié)構(gòu)破壞等嚴重問題，使動力傳動與運動控制系統(tǒng)很難在滿足高精度的同時保證高可靠性要求。

為此，從上世紀末起，王家序和他的團隊將目光放在了這個共性關鍵技術難題的解決上。通過10多年潛心研究，王家序提出基于齒輪嚙合原理、界面力學、傳動摩擦學、系統(tǒng)動力學、可靠性工程等多學科協(xié)同創(chuàng)新設計制造理論和方法，發(fā)明并研制出高可靠精密濾波傳動技術及系統(tǒng)，使新型傳動機構(gòu)在高傳動精度范圍內(nèi)具有人體關節(jié)功能的自動適應變形協(xié)調(diào)控制能力，通過可控彈性變形和阻尼吸收能量，能有效過濾和降低動力傳遞與運動變換過程中所產(chǎn)生的波動，降低振動和噪聲，有效防止傳動機構(gòu)在特殊環(huán)境與極端工況下的可靠性失效問題。

王家序說，該發(fā)明打破了工業(yè)發(fā)達國家對該領域的技術壟斷，為我國高端裝備制造業(yè)和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了關鍵科技條件。

可幫助實現(xiàn)極端環(huán)境下的高可靠精密傳動

為何將傳動機構(gòu)研制成類似人體關節(jié)的結(jié)構(gòu)？

王家序解釋說，人體關節(jié)由骨骼、軟骨、肌肉及韌帶等構(gòu)成，分別具有承載、潤滑及緩沖的功能，這幾部分的有機組合使人體具有自動適應協(xié)調(diào)的運動機能。

正因如此，王家序和他的團隊就在想：何不將這一原理用在傳動機構(gòu)上？

基于高可靠精密濾波傳動技術，王家序和他的團隊研發(fā)出高可靠精密濾波減速器，模擬人體關節(jié)的組織結(jié)構(gòu)，將剛性構(gòu)件與柔性構(gòu)件復合，并通過對傳動界面的改性與優(yōu)化，使其在高傳動精度范圍內(nèi)具有人體關節(jié)功能的自適應變形協(xié)調(diào)控制能力，從而實現(xiàn)特殊與極端環(huán)境下的高可靠精密傳動。

這種減速器目前已廣泛應用于航空航天、船舶海洋、國防武器、醫(yī)療器械等工程領域。

能提升國產(chǎn)工業(yè)機器人核心競爭力

據(jù)了解，世界正處在新科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的交匯點上，以機器人科技為代表的智能產(chǎn)業(yè)蓬勃興起，成為現(xiàn)時代科技創(chuàng)新的一個重要標志。中國也不例外。

“高可靠精密濾波傳動技術也已應用于我國的機器人身上。”王家序說，減速器、伺服電機和控制器是機器人三大基礎件，占工業(yè)機器人價值的70%左右，其中減速器約占工業(yè)機器人價值的36%，該項成果為我國研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機器人核心基礎部件奠定了關鍵技術基礎。

王家序解釋說，如果減速器需要進口，國產(chǎn)機器人就很難有競爭力。