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永不停歇的追梦人
——记潘际銮院士和他的爬行机器人

从1987年首届北京·埃森焊接展在北京开幕算起，这个国内焊接行业最高水平的展会已经举办了20年。这是中国焊接行业打开国门，融入世界的20年，也是我国经济飞速发展的20年。20年前的展览上，我们认识到了与世界顶尖水平的差距；而20年后的展览上，千千万万的中国焊接工作者，用自己辛勤的汗水，向全世界展示了中国焊接产业的实力。

    潘际銮院士就是其中的典型代表。他是清华大学教授，前南昌大学校长，同时也是中国科学院院士。对于国内焊接行业的发展，潘教授无时无刻不在关注。由于我国工业基础差，廉价劳动力多，所以很长时间内都是一支手把打天下的手工焊，特别是在厂房外的大型工件上，无一例外地用手工焊。从改革开放以后，由于国家重视科技进步和工业突飞猛进的发展，我国焊接自动化水平有了较大的提高，工业机器人已广泛应用于汽车制造等行业，但是手臂式工业机器人不能解决大型钢结构在工地进行焊接的问题。大量的工地焊接仍须依靠手工焊接或机械化焊接方法。为此，潘际銮院士将研究工作方向定在大型构件工地焊接自动化，并为此奋斗至今。

    正是在20年前，潘教授开始了这项世界性难度的研究工作。首先，他与香港理工大学教授合作研究，利用现有工业机器人安放在大型移动车上进行大型结构焊接，但由于安装复杂，定位精度差，未能取得满意的结果。后来，他提出用爬行式焊接机器人解决大型结构焊接自动化的构想，即不限制工件的大小，采用蚂蚁啃骨头的方式，使机器人爬行于工件表面，从而完成焊接工作。潘教授的方案得到清华大学合作同仁的赞赏，在他的领导下，一个由经验丰富的专家组成的团队迅速运作起来。阎炳义、卢勤英首先研制成功能在立体空间上爬行的机构，潘际銮、高力生等提出了机器人的整体设计方案和结构，这就为后续的工作奠定了坚实的基础。1997年开始，爬行式焊接机器人进入了实体化阶段。此时潘教授正担任南昌大学校长，他和南昌大学教师张华，组织了数十名研究生进行了大量的工作，克服种种困难，终于在2002年完成世界上第一台全位置爬行式弧焊机器人。这种机器人由爬行装置及其驱动、焊接电源及送丝装置、跟踪器及其控制器、总控系统组成，可以完成大型构件的任何位置的焊缝，如横缝、立缝以及全位置(360° )缝，而且可以根据所焊板厚选用单层或多层多道焊。2003年11月，该项目进行了鉴定，会前经机械科学信息研究院全球联机检索，本行业的全部院士和数名顶尖级专家参加了鉴定会，大家一致认为“成果的技术集成与创新处于国际领先水平”。

    2003年第八届北京·埃森焊接与切割展览会上，这种全位置爬行式弧焊机器人公布于世。和展览会上许许多多的焊接自动化设备相比，它外形上并不起眼，但其精巧的结构，巨大的应用潜力，使之成为了整个会场的亮点。

    潘际銮教授知道，完成了第一台机器人不等于万事大吉。产品不能投入实际应用，不能产业化，无论其性能多么优秀都不能发挥其应有的作用。他清楚地看到，后面的路还有很长。为了完善机器人性能，潘教授在清华大学又组织了新的研究团队，他带着马兆瑞、刘正文等博士生到实际焊接生产的工地，去对机器人进行实地的试验，从而使之更能适应工况要求。工地的艰苦条件是众所周知的，但是年届80岁的潘教授似乎对此视而不见。在宁波原油储备基地，他甚至亲自爬到安装中的储罐顶部观察焊接条件。工夫不负有心人，付出的汗水总会换来回报。经过在江联机械厂和文冲船厂的试验，机器人也在不断的完善和改进。令人欣慰的是，目前全位置爬行式弧焊机器人已经基本改造完成，可以适应实际焊接生产的需要。

    2005年，高力生老师带领研究生在广州文冲船厂进行焊接试验。在工地上，大家发现一种高效的焊接方式——气电立焊正被越来越多的采用。潘际銮院士得知这个信息后，立刻萌生了将机器人与气电立焊结合，研制爬行式气电立焊机器人的想法。虽然爬行式机器人和气电立焊都是比较成熟的技术，但是将两者合二为一却并不是1+1那么简单，需要同时进行调整改进。而且，在机械结构、控制电路等某些方面甚至要有非常大的变动。2006年初，这种爬行式气电立焊机器人诞生了。它的出现标志着爬行式焊接机器人应用范围的扩大和焊接效率的提高。采用此机器人替代原有的气电立焊机，不但节省了铺设轨道等大量的焊前准备工作，而且不需要工人跟随焊机监控操作。更为重要的是，它没有传统气电立焊机只能在竖直壁面工作的限制，可以完成空间曲面的立焊工作。

    与此同时，为了降低成本，更好地服务于国内焊接市场，潘教授又领导自主开发跟踪系统。爬行机器人采用结构光传感器进行焊缝跟踪，作为系统中的核心部件的激光跟踪系统，世界上成熟产品很少，且价值昂贵。机器人原来选用英国公司的传感器，其价格约占机器人总成本的1/2。在清华大学，潘教授带领着以郑军博士为骨干核心的科研团队，开始了艰难的攻关。结构光传感器在焊接行业一直是研究热点，有着入门易、应用难的特点。在实验室的环境下，传感器往往可以有较好的表现，但是总难以面对焊接工地的现场考验。工作之初，潘教授就指出，团队工作的目的不仅仅是发表学术论文，而是要制造出适应实际需要的器件。从光学元件选型到辅助零件加工；从软件开发到实验验证，每一个环节潘教授都亲自过问，认真指导，和大家一起分析解决问题，研究发展方向。传感器开发的工作是繁重而又琐碎的，但是潘教授并没有因此而麻痹大意，而是一丝不苟，层层把关。辛勤的劳动转化为了成功的喜悦。如今，潘教授的团队已经开发成功了完全自主产权的跟踪系统，并应用于上述两种爬行机器人。

    2006年5月，在第十一届北京·埃森焊接与切割展览会上，安装了自主开发传感系统的爬行式弧焊机器人和爬行式气电立焊机器人出现在人们的视野中。潘教授的展台虽然不在展览大厅的核心位置，其布置也非常朴素，却始终人来人往，络绎不绝。无论是国内外的专家学者，还是产业界的工程师，以至于采购商，无不对这新型的机器人交口称赞。潘际銮院士现在的目标是希望把这项技术产业化，推向国内外市场，为我国经济发展和世界焊接技术水平的提升做贡献。

    “老骥伏枥，志在千里；烈士暮年，壮心不已”。这是对潘际銮院士的最好写照。回顾过去的20年，他为了中国的焊接事业呕心沥血；展望未来，他的脚步也不会停下，他和他的爬行焊接机器人会走得更远。

转自，http://www.c-cnc.com/news/news.asp?id=19424