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集智聚力协同创新助力长三角一体化发展——常州先进制造技术研究所
2019-12-06
常州先进制造技术研究所是中国科学院合肥物质科学研究院与常州市政府、科教城共建的新型研发机构，也是江苏省产业技术研究院“机器人与智能装备技术研究所”，与中国科学院合肥物质科学研究院先进制造技术研究所是“三块牌子、一套班子、一套人马”。研究所积极探索体制机制，以“研发创新平台+科技服务产业”为抓手，面向机器人与智能装备产业发展需求，围绕机器人系统集成、数字化设计与精密制造、先进控制与智能传感器等方向开展关键核心技术研发，在钢铁、锻压、铸造、汽车、船舶等行业实现技术集成创新。主要有以下三个方面的工作。
1 注重集成创新，服务地方企业转型升级
研究所注重研究技术发展和产业发展的趋势，主持编写了江苏省机器人技术路线图、常州市机器人与智能装备产业技术路线图，外骨骼康复机器人产业技术发展战略研究报告。从顶层设计，把握技术发展的方向。此外也协助常州科教城成功申报江南现代工业研究院、江苏中科院智能科学技术应用研究院。
作为“江苏省机器人与智能装备产业技术创新战略联盟”理事长单位，联合企业协同创新，为830多家企业提供技术咨询、新产品研发、自动化生产线改造、精密加工与检测服务等，帮助企业解决实际难题1400余件，承担着近220项企业委托横向项目，累计经费2.3亿元，带动万向集团、中远集团、光芒电器等相关产业新增效益累计600多亿元。与常州市三协电机电器有限公司共建“三协电机智能生产线研发中心”、与江苏龙城精锻有限公司共建“中科龙城机器人锻压自动化工程中心”、与江苏润模汽车检测装备有限公司共建“智能检测装备技术研究中心”等共建24家企业研发中心。
研究所积极与行业协会开展合作交流，作为“江苏省钢铁行业机器人技术与应用推广中心”完成了江苏省钢铁协会委托的钢铁行业机器人技术发展路线图，联合江苏沙钢集团有限公司、中天钢铁集团有限公司、华远资本、江苏永钢集团有限公司等钢铁企业以及南京埃斯顿自动化股份有限公司、广州数控设备有限公司、江苏汇博机器人技术股份有限公司等机器人企业，推进机器人技术在钢铁领域的应用和发展。
研究所汇聚整合长三角地区科技与产业的资源，凝心聚力，助力长三角一体化发展。除了承担江苏森威精锻有限公司、观能多能源（江苏）有限公司、江苏龙城精锻有限公司、江苏南京国际船舶设备配件有限公司、南通中菱电力科技股份有限公司、连云港远洋流体装卸设备有限公司等多家江苏省企业，也承担中车长江铜陵车辆有限公司、安徽红星机电科技股份有限公司、安徽惊天液压智控股份有限公司、安徽众鑫科技股份有限公司、安徽耐科挤出科技股份有限公司、万向钱潮传动轴有限公司、宁波卓越动力机械有限公司、衢州市质量技术监督检测中心、浙江金比特机械有限公司、中国科学院上海硅酸盐研究所等安徽、浙江、上海等长三角区域的企业项目，研制了“年产30万套新能源内胆自动化生产线系统”“年产20万套太阳能无刷电机智能化生产线系统”“LED显示模块智能生产系统”“耐高温高强度绝缘材料成型件智能化制造系统”“新型紧凑无极变速装置”“零件屈服强度自动化检测设备”“自动压底火系统”等几十个生产线和装备，促进了企业的转型升级。
研究所发挥智能加工中心的平台作用，为企业提供一对一的服务。先后为江苏哈博精密机械科技有限公司、江苏鸿淼精密机械科技有限公司、埃马克（中国）机械有限公司、常州第四无线电厂有限公司、常州市伊索自动化机械有限公司等30余家企业提供了精密加工技术服务。如：攻克了江苏哈博精密机械科技有限公司的高端超精密磨辊机床的液体静压导轨等关键部件的超精密加工工艺技术难题，加速了该公司产品的研发进度；为江苏鸿淼精密机械科技有限公司的超精密气浮转台的研发提供了超精密加工工艺方案，实现芯轴平面度小于1μm，同轴度0.5μm的加工精度；为常州第四无线电厂有限公司解决了陀螺仪外壳复杂形状的精密加工技术难题，为常州市伊索自动化机械有限公司的汽车变速箱加工提供了工艺技术支持，解决了汽车变速箱复杂形状的一体成型精密加工技术难题。
以先进制造技术研究所为载体的中国科技大学常州研究生培养基地获得全国示范性工程专业学位研究生联合培养基地，累计为常州市培养和输送高端人才500多名。
2 加强原始创新，积极开展国际合作交流
研究所累计承担了国家863计划、国家973计划、国家重点研发计划、国家自然科学基金、省市科技计划等纵向项目近200项，累计经费2.2亿元，研发的仿人机器人获得美国举办的“先进机器人挑战赛”的参赛资格；可穿戴机器人项目在国家举办的“穿戴式外骨骼助力装备挑战赛”托举类比赛中获得第一名；在“高可靠仿生爬壁机器人多模式运动机构研究”“仿生水陆空三栖移动机器人”“脑电波与主动手势感知一体化控制技术”“多功能冗余自由度双臂工业机器人”“多品种小批量航天复杂构件加工智能工厂集成技术研究和应用示范”“柔性连续型外骨骼机器人”“机器人用新型紧凑无级减速器”等前瞻性技术方面均取得了显著进展。
与此同时，先进制造技术研究所在核心研究方向上与前沿接轨。目前研究所和英国伯明翰大学共同承担了国际合作资金池项目“微米颗粒强度测量仪器”，项目英方负责人为英国皇家工程院院士张志兵教授，项目CTO李华峰教授作为特聘研究员来所开展研发工作；研究所运动控制实验室张志华参加伯明翰大学联合培养博士计划，为江苏省产业技术研究院首个国际联合培养博士。此外，就“可控精密功能性金属构件智能三维打印技术及其产业化”项目，江苏省产业技术研究院、先进制造技术研究所、新加坡国立大学三方已达成合作意向；与英国拉夫堡大学签署了合作协议；与香港理工大学就“基于热点云增强人机交互的研究”“工业机器人的避障及路径规划关键技术研究”，与瑞典林雪平大学就“无人协作机器人关键技术研究”的合作已达成初步意向，正在按计划推进，适时签订三方合作协议。
2.1 仿人机器人
仿人机器人有望广泛应用于如地震、火灾、核事故等重大自然灾害救援、医疗康复及军事领域，同时将为发展进入家庭的机器人奠定技术基础。依托中国科学院合肥研究院“十二五”重点培育方向项目支持，研究所攻克了轻量化的结构设计、仿人关节的高机动运动能力和控制系统远程控制的实时性和精准性、机器人双足稳定行走等难题，成功研制出第一代双足仿人机器人样机IP-1和第二代样机IP-2。并于2013年取得在美国国防部（DARPA）举办的国际机器人挑战赛（DRC）参赛资格。2015年2月，IP-2完成了DARPA设定的5项资格任务，获邀参加于2015年6月在美国举办的DRC决赛。在有资格参加DRC决赛的全球25个队伍中，是中国大陆仅有的一支取得参赛资格的团队。
2.2 三栖机器人
仿生水陆空三栖移动机器人可以拓展传统单栖或两栖移动机器人的机动性和环境适应能力，为其在多方面（如侦查、探测、救援）的应用打下坚实基础。项目发展了跨水、陆、空三种环境的原创性移动机器人系统原型，探索了体系综合集成，为新概念机动平台创新发展提供了技术支撑，为多种介质环境下的多方面需求提供了一体化解决方案。开展三栖机器人研究的机构包括NASA、哈佛大学等，但侧重点均不大相同，目前见诸报道的三栖机器人寥寥无几，项目成果目前在世界范围内处于领跑水平。
2.3 多功能冗余自由度双臂工业机器人
多功能冗余自由度双臂工业机器人，可以快速提升机械、电子等精密装配行业的自动化水平，可使企业生产效率相对人工提高数倍，解决熟练与技术工人严重不足，提高企业产品质量，降低生产成本，改善工人劳动环境，促进产业升级，更促进工业机器人对生产制造业的深入和发展，其经济效益与社会效益俱佳。在江苏省科技支撑计划重点项目的支持下，研究所联合南京航空航天大学、江苏洪昌科技股份有限公司等8家科研院所和企业，攻克模块化机电一体化关节研制、冗余自由度双臂运动规划、基于Linux实时操作系统和机电系统集成测试系统等一系列关键技术，成功研制出双臂工业机器人一体化关节样机，并在汽车 LED 大灯组装、汽车发电机爪极精密装配等典型应用进行了集成测试，拓展了工业器人在复杂工况中的应用领域。
2.4 助老助残外骨骼机器人
助老助残外骨骼机器人是针对下肢运动功能障碍患者与老人对先进康复设备和技术的需求而研制，该机器人应用于康复训练、助老助残领域，将彻底解决我国逾100万下肢瘫痪与中风患者的生活自理问题，提高残疾人家庭的生活水平，保障社会稳定，同时将打开我国广阔的养老、康复训练市场，为从根本上提高我国国民生活的医疗健康水准作出贡献。研究所突破了本体结构轻量化高强度设计、多电机同步联合控制、人体运动意图识别方法等一系列关键技术，研制了四代样机，已通过南京伟思公司来推进产业化，目前正在江苏省人民医院开展临床试验，经偏瘫、脑卒中、下肢截瘫等患者试穿，取得了良好效果，为取得医疗注册证实现产业化打下坚实基础。此外，已与物流龙头企业顺丰科技达成合作意向，积极拓展上肢外骨骼技术在物流分拣领域中的应用。
2.5 机器人用新型无级变速装置
针对高端谐波减速器售价高、供货周期长、能耗高等问题，“机器人用新型无级变速装置”研发综合考虑性价比因素，采取无级变速机构，研究机器人用减速器的新型传动原理，适应机器人减速器速度及扭矩变化频繁、传动精度高的特点，实现机器人大扭矩传的平稳、低噪声、高效率的传递；采用嵌套结构开展减速器的结构设计方法研究，建立其运动学/动力学模型，实现其传动效率、结构尺寸等多目标优化；降低减速器制造工艺难度，实现机器人用减速器的低成本化。项目的成果将为我国机器人产业提供新型减速装置，为机器人产业下一代核心部件打破国外产品垄断奠定基础，提升我国机器人产业的核心竞争力。
2.6 二自由度一体化关节
二自由度一体化关节项目针对传统机械臂重量/负载比大、平均功耗高、移动作业不便、安全/协作性差等问题，采用模块化设计的思想，研制高集成二自由度关节模块及其驱动系统；采用构型设计与优化、力与视觉信息引导柔顺控制、整机优化与系统集成等技术，研制重量/负载比小、平均功耗低、可移动作业、安全性好、能够实现人机协同作业的新型六自由度机械臂并实现批量生产，适应人机协同作业的需求和场合，并开展精密装配、移动抓取的智能生产线示范应用。
3 创新体制机制，提升创新和服务能力
为了进一步激发研究所的活力、凝聚可持续发展的合力和动力，探索新型研究所的模式，研究所进一步优化运行结构，完善激励机制，推行股权激励、项目经理、人才双聘等制度，实现绿色增效，加快建设现代研究所治理体系，实施新型组织形式，按研究方向设立任务组和事业部，形成探索研究、技术研究、应用研究的有序链条。形成了“分类管理、结构优化、军民融合、人才双聘、股权激励、项目经理、绩效引导、产品优先、流程简化、服务下沉”运营特色。
围绕机器人系列产品，在机器人与智能装备等领域，通过无形资产入股等方式培育高新技术企业，目前有江苏中科伟思智能机器人科技有限公司、中科科正自动化工程有限公司、江苏中科朗恩斯车辆科技有限公司、江苏哈博精密机械科技有限公司等17家高科技公司，无形资产累计入股5 972万元，按国家的相关政策实施股权激励，其中70%奖励给技术骨干和管理骨干。
加强市场化聘用人才力度，充实高端领军人才、博士及硕士科研团队，逐步形成合理的人才梯队。研究所每年拨出专项经费，采取有效措施吸引和稳定人才。引进的优秀人才可享受购房补助、科研启动经费及生活补贴等优惠政策。强化多维度人才引进，以开放、灵活的人才兼职机制吸引一批海内外知名专家和团队加盟研究所，作为重点项目的项目经理或特聘研究员。
积极探索军民融合渠道和机制，全力支持和保障国防科技创新特区项目的实施，提供相应的软硬件支持。积极组织科研团队参加由中国科学院主办的第一届“率先杯”未来技术创新大赛，并得到后续经费支持。研究所营造鼓励创新的文化，以军民两用前沿科技创新的前瞻性、先导性、探索性、颠覆性为出发点，激发自主创新活力，培养具备开拓创新潜力的中青年人才，为国家急需的“颠覆性技术”发展奠定基础。
2019年7月，《长江三角洲区域一体化发展规划纲要》正式印发，明确了长三角“一极三区一高地”的战略定位，长三角通过一体化发展，使其成为全国经济发展强劲活跃的增长极，成为全国经济高质量发展的样板区，率先基本实现现代化的引领区和区域一体化发展的示范区，成为新时代改革开放的新高地。研究所将继续探索新型研发机构的发展模式，作为科技体制改革的“试验田”、吸引创新资源的“强磁场”、产业技术升级的“推进器”和重大创新成果的“策源地”，已服务了众多长三角区域的企业，也同区域内的高校、科研院所建立起了良好的合作关系，积累了丰富的经验，今后研究所将不忘初心，集智聚力、协同创新，更好地助力长三角一体化发展。
