手握固定毛筆的機械臂，拖動示範書寫漢字，經過十幾秒鐘的學習，機械人就可以復現書寫出一模一樣的毛筆字。這就是由哈工大機器人（HRG）（合肥）國際創新研究院機器人應用研發總監趙龍海團隊，歷時4年自主設計研發的全球首款具有拖動示教功能的六自由度並聯共融機械人。目前，基於這款機械人具備的複雜工藝擬人化作業技術，趙龍海團隊從製鞋業出發，實現了全球首個鞋底搽膠工藝擬人化作業解決方案，獲得國內外專利共計20餘項。研發過程中，團隊轉換思路，助力機械人破解輕工業自動化瓶頸，解決了國際企業20年甚至30年都沒能解決的技術難題。◆香港文匯報記者 趙臣 合肥報道
在安徽省合肥經開區的HRG（合肥）國際創新研究院，剛出差回來的趙龍海一身休閒打扮。他自稱不善言辭，但在談到機械人研發時，又變得侃侃而談。其團隊研發的機械人現今已在安踏集團正常運行，可實現每小時為120至150雙鞋子搽膠水的生產速度。趙龍海認為，國內團隊真正超越國外同行的機會，就在於那些國外也沒解決好的領域。
趙龍海在大學時期就熱衷於參加國內外各類機械設計比賽，並獲得諸多榮譽。2018年6月，趙龍海加入HRG（合肥）國際創新研究院。彼時，他已擁有智能物理治療機械人解決方案、六足步行機械人自然地形下全方位運動規劃策略等多項研發技術。「這些技術如果找準市場定位，可以發揮更大的價值。」為此，團隊花費了3個多月進行市場調研，最終將目標聚焦到製鞋業的搽膠生產工藝中。
製鞋膠水釋氣體 工人流失成商機
為什麼選擇這一領域？趙龍海直言，調研時讓他沒想到的是，在機械化如此發達的今天，鞋廠搽膠工藝的自動化率竟不足萬分之一。中國是全球製鞋業重心，每年鞋產量佔全球總產量超60%，而如今，鞋廠卻面臨着越來越多的工人不願從事長期重複且容易吸入揮發性氣體的搽膠工作這一難題。搽膠需要工人的經驗手法，手眼配合良好，才能保證搽得均勻且完整，同時，鞋品非標準化現象嚴重，這些對自動化方案提出了極高的要求。
凌晨驚醒記靈感 獨創算法辨偏差
對於搽膠技術的手法經驗性，趙龍海基於此前從事智能物理治療機械人時的技術沉澱，通過研發並聯共融機械人系統讓機械人快速掌握學習能力。然而針對鞋品的非標性問題，研發過程可謂困難重重。「國際相關企業選擇將鞋品這一非標工件當成標準化工件進行操作，實則治標不治本，所以至今自動化機器未得到推廣，我們最後決定換種思路。」趙龍海介紹，既然無法改變鞋品製作過程中產生的誤差，就讓機器像人一樣，學會自動識別誤差後進行軌跡補償修正。
說起來容易，真正實現起來真的太難。「我們嘗試了所有能想到的技術方案，團隊成員半夜都在復盤技術路徑，有時候凌晨兩三點突然有靈感了，就要趕緊打開電腦編程去嘗試實現。」趙龍海回憶，長達一年多時間，他都一直處在不斷自我否定的狀態。最後幾乎嘗試了所有可能的技術路線，團隊才最終通過研發全景視覺系統，獨創柔性配準算法，讓機器識別獲取鞋材之間的一致性偏差，並實時反饋機械人控制系統，在膠刷工具端予以自動補償，從而解決了鞋材非標性對自動化帶來的難題。
三年迭代四次 終實現標化作業
在實驗室運行良好的機械人，在鞋廠實際作業時卻問題百出。早在2019年，趙龍海團隊研發的樣機就第一次進駐安踏集團工廠。「最開始我們機械人的靈巧度、精度等各個方面都達不到標準。」趙龍海發現，鞋材的非標性比團隊調研時要嚴重得多，例如鞋廠認為自己同一尺碼的鞋大小一致，實際生產過程本身就會有約3毫米的誤差，同時，鞋幫處生產時會有不平整的凹凸情況，也對機器在受力末端對力的交互控制提出了更高的要求。
「我們對搽膠機械人軌跡精度的要求是±0.5毫米以內，所以需要團隊進一步提高算法，並不斷調試來實現這一目標。」趙龍海介紹，團隊在3年內對搽膠機械人迭代了四次。「我們必須考慮到任何一個細節，包括安裝時每一個螺栓要用扳手擰多少牛的力都要對其進行標準化。」最後一次調試的那天晚上，當機械人終於按照認知路線完美地實現搽膠作業時，團隊成員感動得都要哭出來了，近4年的努力終於沒有白費。
前不久，內地最大的滑雪眼鏡生產商找到趙龍海，希望團隊可以提供滑雪眼鏡自動搽膠工藝的解決方案。趙龍海表示，在扎根製鞋搽膠領域的基礎上，團隊亦開始基於研發技術進行新的研發，進一步開拓更多手工業、輕工業市場。
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