上海交大张华军研究员团队：“全球首创机器人智能液控磨抛系统”助力我国“机器人+”产业发展
2023年9月19日上午，以“碳循新工业、数聚新经济”为主题的第23届中国国际工业博览会在国家会展中心举办。上海交通大学组织25项重大创新成果以独立展厅的方式参展，项目涵盖了先进制造、新一代信息技术、人工智能、新材料、新能源、绿色环保、医疗设施等多个领域，凸显了高校作为人才和创新资源集中地的优势。本栏目进一步探索了部分参展项目，旨在为读者带来深度展示和生动解读。
打磨抛光一直是制造业基础工序中的重要一环。机器人打磨抛光，其实是机器人+打磨抛光，即用机器人替代人工做打磨抛光工作。大多数都用在工件的表面打磨，棱角去毛刺，焊缝打磨，内腔内孔去毛刺，孔口螺纹口加工等工作。其核心是打磨抛光工艺方法+机器人系统的运动控制技术。
当前，机器人自动化磨抛技术已在汽车零部件、五金卫浴、家居及3C行业等标准品轻质材料表面磨抛有一定应用，机器人自动化磨抛不足3%，但在航空航天、海工船舶、核电能源等领域非标品重载磨抛应用几乎空白，其中铸锻件、模具、焊接切割件、增材件、表面改性件等结构件急需重载高精度磨抛技术，其市场需求巨大。然而，当前机器人重载磨抛应用几乎是空白，并且由于磨抛震动、噪音、粉尘、能耗高、环境恶劣等因素造成的打磨工人短缺，以至机器人自动化磨抛需求日益凸显，年均增速29%，2025年全球机器人磨抛市场预估650亿元，未来机器人磨抛市场需求将达万亿以上。
轻质材料小型标准件领域中，机器人轻中度低精度磨抛应用相对成熟，而高强高硬耐磨中大型非标结构件机器人重度及超重度高精度磨抛则相对应用较少，目前大多采用气动或六维力控工具，其成本高、震动大，没办法实现高精度的位置控制等；同时，大型非标结构要求比较高的智能化传感与智能编程技术，存在的难度与挑战更大，因此急需重载高精度低成本机器人智能化磨抛技术。传统磨抛工具制约了机器人磨抛市场发展，故一种低震动、轻量化、高效率、高精度、低成本的新型磨抛系统呼之欲出！
上海赛威德机器人有限公司是上海交通大学首批科技成果转化公司之一，由材料科学与工程学院张华军研究员技术团队牵头，与上市公司苏州绿的谐波传动科技股份有限公司共同组建。主要是做EHA液控磨抛、焊接/增减材一体化制造、移动焊接机器人等智能化装备研发及应用推广。公司位于闵行区零号湾飞马旅交大科创园。申请专利50余项，含3项PCT，入选上海市知识产权保护中心2023年度首批快速预审备案主体名单，荣获2023年创新型中小企业、2023年科技型中小企业等荣誉。目前，公司已推出自适应打磨工具、液控浮动模块、三角砂带机、浮动电主轴、自动换刀库等多款产品，可应用在黑色金属、有色金属、复合材料等领域铸件、增材件、焊接件的高效高精度磨抛。
作为液控磨抛技术全球的创新领导者，上海赛威德机器人有限公司拥有完全自主知识产权。液控打磨工具可大范围的应用于协作机器人、工业机器人及专用机床，可以在一定程度上完成重载打磨、抛光、拉丝和去毛刺等多种加工工艺。最重要的是，液控磨抛技术可以在一定程度上完成低能耗、低粉尘和低噪音的高效高精自适应磨抛。在汽车、3C、卫浴、五金家电、医疗器械、海工船舶、航空航天、能源化工、钢铁冶金等多个行业都有着非常大的应用潜力。此外，液控磨抛技术还能为机器人提供减震和缓冲，由此减少了减速机关节的磨损和机器人刚度不足的问题，确保了机器人工作的稳定性和高精度。
为了更好地满足行业需求，赛威德研发了AGP（Adaptive Grinding and Polishing）自适应磨抛工具，采用了一体式的微型高频响电静液执行器（EHA）（Electro-Hydraulic Actuator）和高扭矩无框力矩电机。这一设计不仅结构紧密相连，还内置了位移和力传感器，使其既能轻松实现恒力打磨，也能够直接进行位置控制，并且能在不同的应用场景中灵活切换。与传统的气控和六维力控磨抛工具相比，液控磨抛工具体积更小，但输出力却更大，其最大输出力可达到5000N，这一数据远超过气动工具的500N左右的输出力，这帮助机器人本体减震、缓冲，减少减速机关节磨损和减轻机器人刚度不足的问题。事实上，与欧美的知名品牌相比，在同样打磨效果下，该款控磨抛打磨工具的主轴功率远低于欧美国家同种类型的产品，其力控精度更高，打磨更加平稳。这也代表着，使用该技术可大幅度降低能耗，减少磨料的消耗，同时还能保证更低的粉尘排放，在节能环保上具有更明显的优势。
基于3D视觉技术研发了自主磨抛软件系统，通过这项技术，实现了自主感知、自主规划、自主控制和自主学习，来提升磨抛的精度和生产效率。结合激光视觉传感技术，能够精确感知工件表面的各种形貌信息，并基于此实现高效的磨抛轨迹规划。使用先进的视觉智能识别算法，使得焊道信息更为准确，磨抛路径规划更为合理。基于自主磨抛离线编程系统，还可以在虚拟环境中进行仿真验证，确保最终的磨抛过程既安全又高效。
赛威德机器人是上海交大于2021年底成立的首批成果转化公司之一，通过加强与苏州绿的谐波传动科技股份有限公司合作，促进多学科交叉，融合机械、电气、软件工程、材料科学、自动化等专业方向。从2022年9月第一款原理样机研制到2023年4月产品定型，仅用半年时间完成了5轮迭代设计，并于2023年4月首次到德国汉诺威博览会参展。截至目前，液控磨抛新技术已受到海内外同行、机器人本体商、集成商的广泛关注。