原创《科技神器机械手》
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文／苏更林
2017年I0月3日,我国“深海勇士”号载人潜水器在南海海试成功,这是继“蛟龙”号之后我国深海装备的又一个里程稗.
无论是“深海勇士”号还是“蛟龙”号,它们的海底科考应用作业都离不开机械手.那么,什么是机械手呢?它对我国的科学事业又有什么样的重要意义呢?
在数百万年的漫长进化过程中,人类的手逐渐演变成了神经发达、感觉灵敏、活动自如的最完美工具.然而,人手也有力不从心和鞭长莫及的时候,一类能模仿人手某些动作功能的机械手便应运而生了.
机械手是伴随着生产的机械化和自动化而产生的,最初是按照固定程序进行抓取、搬运和操作物件或工具的.后来,许多特殊机械手也开始上岗了,如焊接机械手、喷涂机械手等都在各自特殊的岗位上发挥着作用.
机械手具有力气大、效率高、成本低等优点.尽管机械手的灵活度不及人手,但机械手在进行重复性操作时表现出显著的优势.在一项“人机大战打豆豆”比赛中,机械手获胜次数远高于人手,一分钟可以出手160～210余下；在国内一个展会上,某企业参展的一款名为“蜘蛛手”的分拣机械手引入注目.该机械手可实现多目标进行抓取和搬运的功能,具有高效安全的特点,可用于食品、药品、化妆品、电子制造等行业.
机械手主要是由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成的.其中,手部安装在手臂的前端,用来抓持物件,这是执行机构的主体,可根据被抓持物件的形状、重量、材料以及作业要求不同而具有多种结构形式.
随着科学技术的发展,具有智能的机械手应运而生,应用领域也在不断扩大.现在,机械手不仅广泛应用于采矿、冶金、石油、化工、船舶等领域,而且已开始在精密制造、核能、航空、航天、医药、生化等高科技领域大显身手.
航天器在太空中免不了会发生点小故障,所以需要为航天器配备“太空医生”,进行在轨维修.但是,太空严酷的环境和航天器的复杂性对“太空医生”提出了苛刻的要求,需要进行长期的验证和积累才能完成.
中国在航天器在轨维修技术方面已经走在了世界前沿.2013年7月,中国以“一箭三星”的方式发射了“创新”三号、“试验”七号和“实践”十五号3颗卫星,其中安装在“试验”七号卫星外侧的空间机械手进行了在轨科学试验.
在“天宫”二号上,更是搭载了全新的空间应用系统,其中就包括空间机械手.人机协同在轨维修试验是“天宫”二号三大关键试验任务之一,也是我国第一次开展人机协同太空在轨维修试验.在轨试验主要是面向航天设备在轨组装及拆卸任务,探索人机协同完成在轨维修典型作业,为空间机器人在轨服务积累经验.
2016年10月19日,在“天宫”二号与“神舟”十一号飞船对接后,航天员与机械手协同完成了用电动工具拧螺钉、拆除隔热材料、在轨遥操作等科学试验.
“天宫”二号空间机械手是一款智能化水平很高的设备.在轨试验主要是面向航天设备在轨组装及拆卸任务,探索人机协同完成在轨维修典型作业,为空间机器人在轨服务积累经验.
沉睡在深海的资源种类和储量,远远超出人们的想象.像深海油气田、洋底多金属结核、热液硫化物矿床、海底可燃冰以及海底生物等都是极其重要的战略资源,进行深海资源勘探和开发具有重要的意义.中国为开展深海探测活动,相继研发了以“蛟龙”号载人潜水器为代表的系列深海勘察装备.
“蛟龙”号是我国第一台自行设计、自主集成研制的深海载人潜水器.“蛟龙”号有两个机械手,又被称为“龙爪”,左右各有一个.这两个机械手各有多个关节,可以伸缩,旋转、摆动,开展灵活作业.机械手最大伸长范围为1.9米,全臂展最大持重达65千克.
在海底,机械手简直就是一个“擒拿利器”,可独立完成水下布放、回收、拾取、机构触发等任务,并可与其他工具配合开展水下采样、测量等作业.
首次公开露面的“深海勇士”号潜水器,拥有一双灵巧的机械手,是进行海底科考应用作业的重要装备.在此次海试期间,利用该机械手抓取了39个生物,并在海底放置了3个标志物.
摘自“百科知识”微信公众号2018.05.11
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