从设计到制造：智能机器人产业的创新之路

智能机器人产业的创新之路，从设计到制造，是一条充满挑战与机遇的征途。这一领域的发展，不仅依赖于技术的突破，更需要创新的思维和跨学科的融合。

在设计阶段，智能机器人的创新主要体现在功能、结构、物理性能以及市场需求等多个方面。设计团队需不断探索新技术，如AI算法、机器视觉、传感器技术等，以赋予机器人更高级别的自主导航、避障和任务执行能力。同时，他们还需考虑机器人的易用性、人机交互的友好性，以及在不同应用场景下的适应性，从而设计出功能丰富、结构紧凑、性能优越的机器人产品。

进入制造阶段，智能机器人产业则更加注重生产流程的自动化、智能化和高效化。通过引入智能制造技术，如数字孪生、预测性维护、机器学习等，可以实现对生产过程的精准控制和优化。这不仅提高了生产效率和产品质量，还降低了生产成本和能耗。此外，制造过程中还需注重机器人的安全性和可靠性，确保其在各种复杂环境下都能稳定运行。

总的来说，智能机器人产业的创新之路是一条不断追求技术突破、优化设计和提升制造水平的道路。未来，随着人工智能、物联网、大数据等技术的不断发展，智能机器人将在更多领域发挥重要作用，成为推动产业升级和经济社会发展的重要力量。

【盘点2023 智能制造】机器人技能大比拼

编者按

2023年1月份，工信部等十七部门印发《“机器人+”应用行动实施方案》，着力培育机器人应用生态。当前，工业机器人应用已成为钢铁行业的普遍共识。据统计，钢铁企业机器人（含无人化装备）工业机器人应用平均密度达36台（套）/万人，产线“智商”进一步提高，智能化发展呈加速之势。

钢协《钢铁行业智能制造及两化融合发展水平评估报告（2022年）》综合钢企的产能规模、装备技术升级、生产模式创新、数智化应用水平等方面，将47家参评企业大体划分为3个梯队。本期推出《机器人技能大比拼》专题，选取部分第一梯队企业的机器人产品进行亮点展示，力图展示钢铁行业机器人研发及应用水平。

宝钢股份

胶带机清料机器人

　　应用日期：2023年第4季度（试运行）　　工作岗位：炼铁厂原料分厂清料岗位核心技术：移动搭载清料功能单元、胶带机场景清料策略、胶带机场景自主导航。　　关键技能：遥控和自主两种作业模式。清料机器人可定期启动或由上位机下发启动指令，在胶带机场景的800毫米级宽度、500毫米级高度的狭窄空间内导航、避障，进行清料作业。紧急撒料场景下，可通过遥控进行灵活高效的清料作业。　　多区域/多类型积料处理功能。搭载的清料功能单元适应粉状、粒状、块状及湿料等多类型积料的处理，对于胶带下方回程落料和机头机尾外部四周积料有相应的清料解决方案。机器人可在胶带机运行过程中在其下方及通廊开展清料工作，并配合新型清扫器等自动化设备完成回料作业。　　数据归集统计功能。运行时，机器人通过四路监控视频进行录制存储，支撑作业策略优化；后期可在机器人上方搭载相应的检测传感器，在胶带机下方的视角范围内开展胶带和托辊等重要部件的检测及监控作业。　　安全与防护功能。机器人具备与作业场景内固定目标和移动目标交互的安全策略，同时，机器人履带安装被动毛刷进行自清扫防止粘料，相关防护装置具备全生命周期管理维护方案，整机环境防护可适应现场恶劣环境的应用要求。　　效益＆愿景：清料机器人能够降低原料输送及其混料的损耗，减少危险繁重的人工作业量，同时降低故障和事故发生率，缩短生产停机时间。通过相关技术的迭代，该款机器人未来将支撑中国宝武庞大的超万条超过1000千米原料输送大动脉的清料需求。　　目前，中国宝武下属单位的原料区域有约20台机器人应用于皮带机状态巡检、原料堆场测量和物品上下料等场景，工业机器人和特种机器人均有涉及。未来，将集聚各方力量，继续以四足巡检机器人和清料机器人等为载体，以宝山基地原料分厂为标杆示范，分阶段推进原料输送各功能环节和全生命周期管控的机器智能和人工智能的应用探索、关键技术研究、样机开发及工业应用示范，支撑中国宝武超亿吨产能大场景原料胶带输送智能化。同时，中国宝武还打算将成熟稳定的技术向外部推广，促进行业的整体发展与进步。

建龙

测温取样机器人

　　应用日期：2022年6月30日　　工作岗位：山西建龙炼钢工序测温取样工位　　核心技术：探头仓采用立体仓储式存储系统，探头占据独立空间，无挤压变形风险；探头仓采用桁架式输送机械手直接抓取和输送探头，输送过程无卡料风险；探头仓导向系统可适应探头一定的弯曲变形，提高了系统适应性；探头在拆卸完成后，直接滑出安全围栏外部，操作人员可直接在安全围栏外完成钢样的拾取；探头仓具备探头计数、仓位盘点、抓取优先级管理功能；测温取样分别由两杆测枪完成，杜绝取样探头燃烧过程污染测温接插件导致测温数据不准的问题；测枪配置快换工具，方便测枪间的快速切换。　　关键技能：转炉测温取样机器人采用自主研发的水冷测枪系统，通过在测枪与水冷系统间建立冷却水循环，降低测枪插入钢水液面时枪内的温度，避免枪内测温电缆温度过高导致测温数据不准确的问题。　　精炼工位测温取样机器人采用国内首创的具备桁架式机械手的探头仓，解决了因探头弯曲变形引起卡料的行业难题，将机器人安装和探头拆卸的成功率由99%提升至99.5%。同时采用自主研发的测枪快换系统，配置两杆测枪分别实现测温和取样功能，一方面，减少测温枪插入钢水的次数，将接插件使用寿命延长一倍；另一方面，避免取样器内腔燃烧产生的大量焦油黏附在测温枪接插件上，降低测温准确性和缩短接插件寿命。　　效益＆愿景：该机器人的使用，改善了工人作业环境，避免人员进入高温、喷溅的危险区域；提高了测温和取样结果的稳定性及标准化程度；缩短了冶炼周期，节省了人员开支和探头，提高了测成率。　　未来，建龙将加大研发投资、鼓励创新，深入研发更多测温取样机器人系统，为实现测温取样智能化打下坚实基础。

首钢股份

智能检测产线机器人集群

　　应用日期：2023年9月（试运行）　　工作岗位：首钢股份质量检验部物理性能全自动加工检测产线　　核心技术：“一链式”操作、物理性能全自动加工检测。　　核心技能：该产线由5台机器人、分拣卸料、激光切割、精铣机床、拉伸检测等设备组成。为了满足多规格尺寸样品的加工检测需求，首钢股份改造了多试样尺寸流转平台，新增全自动拉伸试验系统。　　5台机器人协同完成试样加工检测功能，分别有上料分拣机器人、激光切割上料机器人、预制样品分拣机器人、精铣加工上下料机器人、拉伸试验机上料机器人。此次经过软硬件的改造，拉伸试验机上料机器人具备了多类拉伸样品的精准定位抓取、弧度测量、精准标线激光打印、精准摆盘及上料，高效解决了不同拉伸机样品流转的需求，极大提升了系统兼容性，彻底摆脱了人工检验、复核的劳动强度。　　效益＆愿景：该机器人集群将整个物理性能加工检测设备有效衔接起来，高效完成了拉伸、弯曲、硬度、金相等14种样品的转移传送功能，样品流转率为99.9%，试验成功率为100%，达到了拉伸无人化检测试验目标。同时，通过质量检测智能化、可视化、一键式操作等相关技术的应用，实现在质量检测行业以机器代替人工，优化企业生产制度管理模式，满足多样品试验检测需求，极大缩短了产品设计研发周期，同时保障了人员本质安全。

南钢

智能金相系统

　　应用日期：2023年8月31日　　工作岗位：南钢科技质量部实验检测中心金相班　　核心技术：钢铁材料金相检测类似于医学中的“病理切片检测”。南钢金恒科技通过应用机器视觉技术、人工智能技术等，实现金相试验从制样、腐蚀、显微镜观察、算法检测、检测结果上传与报告生成等全流程智能化，此为国内首创。　　关键技能：该系统主要由上料单元、机器人单元、磨抛单元、腐蚀单元、控制单元、显微镜单元、AI（人工智能）识别单元等7个单元组成，实现“试样表面的抛光、清洗、烘干—试样的自动腐蚀、清洗、吹干—试样的自动定位拍照—在金相检测云平台上进行金相算法识别判级”全流程的自动化、智能化、数字化。　　其中，机器人单元实现制样、腐蚀工序全流程自动化，有效纠正人工制样、腐蚀过程中操作的差异性及不规范性，保证样品表面质量；通过AI深度学习技术，实现金相试验AI自动识别及判级，提升检测标准规范性、评价结果一致性。　　效益＆愿景：目前，南钢金恒科技已沉淀了50多个智能装备解决方案，涵盖炼铁、炼钢、连铸、轧钢、检化验等流程，同时开发了专门的机器人运维平台，为运维团队远程监控、远程诊断提供支撑。未来，南钢金恒科技将秉承“数字化转型生态构建者”的企业愿景，围绕工业软件开发、工业机器人及智能装备、物联网与智能控制、工业AI技术等继续发力，赋能制造业数字化转型。

河钢集团石钢公司

特钢棒材精整作业机器人系统

　　应用日期：2022年5月　　工作岗位：石钢中大棒精整车间拆捆、矫直、倒棱、探伤、喷漆、贴标、修磨等岗位　　核心技术：棒材精整作业机器人系统是石钢牵头参与的国家重点研发计划项目，主要解决特钢精整作业机器人技术瓶颈问题，推动精整机器人集群化作业示范。石钢棒材精整线集成应用了拆捆、打捆、修磨、刷漆等6种轻载机器人，上料、成品转运、探伤样棒取放、称重标定块取放等4种重载桁架机器人，关键工艺环节无需人工参与，工艺功能契合度100%。突破了特钢棒材精整线的机器人优化布置、大尺度重载桁架非标机器人系统协同作业等关键技术。　　关键技能：后部精整工序是特钢棒材产品质量控制的最后一道工序。该机器人系统通过对特钢产品进行抛丸、矫直、倒棱、探伤、修磨等程序，消除棒材表面及内部缺陷，大大提高产品附加值。　　效益＆愿景：石钢已经完成了中棒1号、中棒2号以及大棒1号等3条精整示范线建设，每条产线均配备了拆捆、贴标、修磨、标准样取放等机器人不少于10台，共计38台机器人，形成特钢棒材轻载与重载机器人集成、质量监控与优化等智能化关键技术。其中，打捆、贴标等机器人已推广至石钢轧钢等生产线，样棒存取、修磨机器人正在行业内进行推广应用。该套系统预计全年可完成精整作业量22.08万吨，年经济效益亿元以上。　　未来，石钢将以42个示范场景为落脚点，构建石钢“五全”（生产全流程智能制造、业务智能化全覆盖、智能构架全层级、层级全贯通、所有过程全智能）智能制造示范工厂体系架构。

三钢

砂轮片在线更换机器人

　　应用日期：2019年5月24日　　工作岗位：三钢集团棒材厂圆棒车间　　核心技术：冶金装备行业世界首台（套）辅助砂轮片在线更换机器人，以此机器人申报的“一种基于机器视觉全自动砂轮在线更换系统”在2020年获得发明专利。　　关键技能：在砂轮片在线更换机器人投用前，三钢集团棒材厂圆棒车间使用的是砂轮锯。砂轮锯片属于耗材，每生产100吨钢材（约70分钟）就需要更换一次，锯片单重50千克，拆卸紧固装置及工具重35千克，依托辅助吊具仍需两人协同操作25分钟，存在作业时间长、劳动强度大、危险系数高、工作效率低等不利因素，人工更换面临的较高成本也极大地制约了企业生产发展。　　该机器人由锯片更换机械手和锯片紧固装置自动拆卸器组成，砂轮锯主轴中心位置与标准位置有±2厘米随机误差，而砂轮片与主轴的径向间隙只有0.2毫米。为解决定位精度难题，系统采用机器视觉与自适应控制技术实现精准定位，并为此开发人机交互系统，能分别完成锯片紧固装置拆装及锯片更换步骤，1名操作工一键启动后，7分钟即可完成全流程砂轮片更换。　　效益＆愿景：该款机器人一年可为三钢增效500万元以上，投用至今共为三钢增效约2250万元。　　未来，三钢集团将紧跟机器人前沿技术，充分运用智控平台，推行智能库管、无人驾驶行车、视觉辨识智能控制、智能检测、机器人等深层次智能制造技术，实现生产岗位少人化、无人化，走好智能制造、智慧运营的高质量发展之路。

作者 | 记者 樊三彩 王春亮 林智雄，通讯员 吴瑞珉 关福生 高益芳 张娇妹 甄文文 陈娟 联合报道

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