科创中国

本成果研究机器人智能装备代替人工打磨大风能风机叶片。由于风机叶片长达数十米至近百米，由碳纤维制成，需要在长距离和大范围对复杂弯曲的叶片表面进行去毛刺和打磨作业，通常需要5-6个工人打磨1个星期，效率极其低下、劳动强度大，环境恶劣，难以保证一致的打磨效果，容易导致产生废品。而现有的打磨系统功能不完善，往往只能实现部分功能，且各个子系统未能有机融合，打磨完成度不高，打磨质量不佳，无法真正代替人工实现连续自动化大批量生产。本成果的大风能叶片打磨机器人智能装备包括：叶片表面扫描3D建模子系统、机器人打磨程序自动生成软系统、机器人智能打磨硬件系统、连续打磨自动行走控制系统和最优打磨工艺流程等内容。本成果将3D扫描建模、机器人离线编程、机械手和三维数控底座协调动作、打磨头伺服浮动等各个功能模块进行集中智能控制，实现风能叶片打磨的最优工艺流程和连续自动化量产。

（1）首次实现基于大风能风机叶片3D设计图离线编程+激光扫描3D工件整体建模匹配生成机器人打磨程序,一次装夹就能完成风能叶片全表面打磨。从根本上消除了叶片安装变形所导致的定位误差,大大提高了风能叶片的打磨精度、打磨效率，提高了机器人智能打磨系统的可靠性和人工替代比。根据文献检索，已见报道或申请专利的风能叶片打磨系统或者完全缺失叶片表面打磨轨迹编程，仅靠有限的打磨头气动或机械装置来调节打磨路径打磨力度，要么打磨过量要么打磨不足；有的系统边扫描边打磨，打磨产生的大量粉尘将严重影响扫描部件的稳定性，打磨轨迹控制也缺乏整体性和连续性，无法保证打磨的精度、质量和连续生产。

（2）首次将3D扫描建模、机器人离线编程、机械手和三维数控底座协调动作、打磨头伺服浮动等各个功能模块进行集中智能控制，实现风能叶片打磨的最优工艺流程和连续自动化量产。现有的打磨系统功能不完善，往往只能实现部分功能，且各个子系统未能有机融合，打磨完成度不高，打磨质量不佳，无法真正代替人工实现连续自动化大批量生产。根据文献检索尚未发现风能全叶片机器人打磨离线编程、机器人底座三维数控和打磨头伺服浮动等方面的分类研究成果，更未发现将上述所有功能完全实现的完整解决方案或风能叶片智能打磨装备。

目前，风电叶片的打磨以人工作业为主，在市场订单激增和技术降本的驱动下，不少企业开始寻求机器换人的解决方案。风电叶片打磨自动化仍处于起步阶段，技术门槛高。一是风电叶片具有较大的表面曲率，打磨时需要及时调整打磨接触面的切削力，避免过磨或漏磨现象。二是风电叶片尺寸非常大，表面面积大，微小的变形累积起来的误差会随着打磨过程逐渐增大，因此需要实时检测工件的位置变化数据，自动调整打磨位置。三是机器人或设备的协同性，多个机器人或设备长期协同作业，由于机器人或设备自身存在一定的精度误差，长时间作业可能出现不一致的现象，影响机站作业稳定性。目前有资料显示实现风电叶片打磨自动化的国内企业主要有湖南罗博普仑智能装备有限公司、中航高科智能测控有限公司和无锡中车时代智能装备有限公司等，但均未实现有效、稳定地量产。

随着“碳达峰碳中和”目标的提出，可再生能源产业加速发展，2020年10月14日，《风能北京宣言》发布，为进一步加快全球风电发展，《宣言》发出五点倡议。其中，为达到与碳中和目标实现起步衔接的目的，在“十四五”规划中，须为风电设定与碳中和国家战略相适应的发展空间：保证年均新增装机5000万千瓦以上，2025年后，中国风电年均新增装机容量应不低于6000万千瓦，到2030年至少达到8亿千瓦，到2060年至少达到30亿千瓦。风电叶片是风机零部件成本占比最高的零部件，尤其叶片尺寸越大，技术难度越高，需兼具叶片大、重量轻、强度高的特点，只有少数厂商具备量产能力，目前整体叶片市场正处于供不应求的状态。然而，风电叶片打磨以人工作业为主，劳动强度大，打磨过程还会产生有害粉尘和刺激性气体，不仅生产效率低，还存在较大的安全隐患。越来越多的风电叶片制造企业开始寻求风电叶片打磨的自动化解决方案，主动促进企业向自动化、智能化、数字化转型。

本成果首次实现了基于大风能风机叶片3D设计图离线编程+激光扫描3D建模动态调整机器人打磨程序,一次装夹就能完成风能叶片全表面打磨，从根本上消除了叶片安装变形所导致的定位误差,大大提高了风能叶片的打磨精度、打磨效率，提高了机器人智能打磨系统的可靠性和人工替代比。因此，本项目具有广阔的应用前景和市场前景。

本成果是以朱振旗为项目带头人的研发团队，核心成员有崔洪亮、鲁杰、李天伟。

1、朱振旗，美籍华裔，国家特聘专家；美国康州州立大学机械工程博士，精密制造与工程领域。带领团队积极与国内外一流院校、科研机构和企业开展广泛的技术合作；带领团队完成多项国家课题及相关技术成果转化，获得省和科技部多项技术成果奖励。在美国期间，从事先进装备制造、精密工程和纳米机器人技术创新与成果转化，承担并完成了多项研究课题。

2、崔洪亮，从事机器人精密制造领域的研究和应用工作近30年。在机器人精密制造及自动化设备制造和柔性智能装备制造领域有丰富的实践经验。

3、鲁杰，机械设计制造及其自动化专业资深技术专家，曾参与起草制定国家及行业标准。近年来主攻机器人自动化打磨领域的研究，在智能柔性化系统的搭建、机器人加工工艺方面申请有多项专利。

4、李天伟，电力电子与电机专业硕士研究生学历，在工业机器人技术领域拥有多项专利技术。

按照“十四五规划”，国内市场年均新增大风能风机装机至少为5000万千瓦，即50GW，可换算为风电叶片年需求量约23952片，风电叶片打磨机站需求量为144套；未来五年，国外市场平均每年的风电新增装机容量将达到71GW，可换算为叶片年需求量约34012片，风电叶片打磨机站需求量为204套。可以看出，本成果可产生良好的经济效益。同时，本成果首次实现了基于大风能风机叶片3D设计图离线编程+激光扫描3D建模动态调整机器人打磨程序,一次装夹就能完成风能叶片全表面打磨，从根本上消除了叶片安装变形所导致的定位误差,大大提高了风能叶片的打磨精度、打磨效率，提高了机器人智能打磨系统的可靠性和人工替代比，在工业机器人领域的技术创新具有良好的带头创新作用。

本成果可转化为大风能风机叶片打磨机器人，产品具有广阔的市场前景，可产生十分可观的经济效益。因业务发展需要，公司希望通过融资方式吸纳更多的创业发展资金，推动成果落地产业化。