5.1 机场跑道异物检测系统 

所处阶段:小试 

 成果来源:先进制造技术研究所 

必要性及需求分析: 

异物损伤(FOD:ForeignObjectDamage),是指由外来物引起的航空器损伤。据统计,全球每年FOD损失30-40亿美元,一年FOD引发的各类不安全事件达到 70000次,其中严重的 FOD事件大约 4次/10000次起降。FOD不但会造成巨大的直接损失,还会造成航班延误、中断起飞、关闭跑道等间接损失,而间接损失至少为直接损失的 4倍。为避免机场异物带来的各种损失,机场一般采用人工巡检的方式,但人工检测可能会出现漏检,因此,人工检测存在不稳定因素,且人工检测效率低下,因此,采用自动化检测成为机场异物检测的新需求。 

目标及主要任务: 

(1) 开发高速扫描检测系统 

采用三维激光扫描系统对机场跑道进行扫描,研究相当异物图像处理算法,根据测出的三维数据找出异物的位置。 

(2) 车载集成研究 

寻找或开发具有车载高速扫描系统的移动小车,能够在GPS或巡航引导下,实现所有既定路面的扫描与检测工作。 

  

(3) 异物清除功能集成研究相应的定点清除系统,实现所检物体的及时清除。 

现有工作基础: 

已完成一套车载检测系统,并在实际机场跑道测试其检测效果。试验中使用的异物为螺钉、螺帽、碎石等机场常见异物,检测车的速度为30km/h。系统主要参数:检测精度:可检测长、宽、高均大于5mm的异物;检测速度:检测车工作速度可达30km/h;工作环境:可适应晴天、雨天、白天、黑夜等天气条件,并且不受跑道轮印和水泥板接缝影响。试验结果表明,即使在飞机轮印密集的主跑道起降区,待测异物也无一漏检,且未发生误报,此外水泥板接缝也不会对检测系统造成影响。 

预期经济和社会效益: 

使用该系统可减少飞机发动机和轮胎损伤导致的损失,减少机场巡检人员开支,跑道清扫费用,大约可以每年为机场人工巡检减少支出约300-1400万元,该项目产品预计售价20万左右一套,如果与移动车辆或清扫车组合在一起,预计可以达到100万左右一套。按每个机场配3-5套计,全国市场规模相当可观。 

实施方式/模式: 

成果转让或合作开发与推广。 

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5.2高性能永磁同步直线伺服电机 

所处阶段:中试 

成果来源:先进制造技术研究所 

必要性及需求分析: 

本项目围绕高档数控机床对高性能直线进给系统的急迫需求,从电机设计优化和系统运动控制两方面开展高性能永磁同步直线伺服电机关键技术的研究,旨在探索电机磁场优化设计方法和伺服系统轨迹跟踪控制方法,研发高性能永磁同步直线伺服电机。 

目标及主要任务: 

(1)通过分析电机设计需求,量化电机优化目标,提出三维分层有限元法,实现电机磁场的多目标优化设计;  

(2)围绕非线性系统中存在的主要扰动因素,提出基于非线性稳定自适应鲁棒控制的伺服控制算法,解决具有多种不确定因素与非线性耦合的直线伺服系统的控制问题。 

现有工作基础: 

本课题完成了高性能永磁同步直线伺服电机样机及其运动平台的设计、加工和装配以及软硬件测试,并送常州市产品质量监督检验所检测,主要参数均达到或优于国际同类产品技术指标。常州市科技局组织召开项目鉴定会议,鉴定委员会认为该技术填补了国内空白,主要技术性能指标达到国内领先水平。项目取得了一些重要的创性研究成果,共发表期刊论文4篇,申报发明专利5件,授权实用新型专利2件、外观设计专利1件,培养研究生4人。 

预期经济和社会效益: 

本项目以培育高端装备制造产业和壮大智能装备产业为目标,开展直线电机的制造工艺、电磁场分析、推力波动性、高速稳定性、低速平滑性、位置跟踪精度控制等产业前瞻性技术、关键共性技术的研究开发,对研制具有自主知识产权的高性能直线电机及其精密伺服控制系统具有重要的现实意义,将提升产业核心竞争力,为加快高新技术产业发展和产业结构调整提供科技支撑和技术储备。本项目争取实现小批量试产及销售,产业化后将带动智能装备产业的发展,为增加国内自主品牌的核心竞争力做出贡献。 

实施方式/模式: 

成果转让;引入社会投资管理有限公司的风险资金,利用市场资源,成立股份制公司进行研发与销售。 

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5.3路桥伸缩缝螺柱焊接生产系统 

所处阶段:成熟待产业化 

成果来源:先进制造技术研究所 

必要性及需求分析: 

路桥伸缩缝专用型材表面需间隔焊接一排大直径钢棒,根据国家标准,该焊接工艺应该采用螺柱焊的方法来实现,目前尚未有能提供大尺寸螺柱的自动化螺柱焊接设备,目前的手动螺柱焊枪,由于焊枪结构简单,工件装夹极为不便,生产效率低下;由于采用人工持枪,钢棒难以与型材保持垂直,焊接质量难以得到保证;另外,由于陶瓷环与焊枪装夹的偏差,造成螺柱与陶瓷环中心不重合,导致焊缝不均匀,钢棒焊接强度不充分,甚至不合格。随着我国基础设施建设步伐的加快,公路、铁路对伸缩缝的需求日益增加,开发全自动路桥伸缩缝焊接系统有利于伸缩缝产能的增加,同时,利用自动化焊接技术,对生产质量有可靠的保证。 

目标及主要任务: 

目标:开发路桥伸缩缝全自动螺柱焊接生产系统, 

主要任务: 

(1)开发螺柱放料料盘,由于需要采用陶瓷环做焊接保护,而陶瓷环尺寸 

与螺柱尺寸相近,陶瓷环难以自动化上料,我们提出了将陶瓷预先套上螺柱,然后摆放到料盘上,后面由机械手一次取一件的方式进行上料。 

(2)开发螺柱取料机械手,每次取一根装有陶瓷环的螺柱,设计一定形状 

的夹手,保证陶瓷环不掉落,取料机械手需要将螺柱送到焊接机械手工位处。 

(3)开发自动焊接机械手,待工件抵达焊接工位后,焊接机械手稳定的抓 

取工件,并在伺服控制系统带动下,实现螺柱焊接的下移,起弧,拉弧,下压等动作,实现自动化螺柱焊接。 

(4)长型材定尺寸移动系统,路桥伸缩缝的长度规格一般是12.5米,因此 

开发在伺服电机驱动型材定距离移动的系统。 

现有工作基础: 

目前我们已经开发成功一套路桥伸缩缝自动焊接系统,并已经在一家企业的生产调试,相关技术于2016年3月获得发明专利授权。专利名为“一种路桥伸缩缝长型材与大尺寸圆钢自动化螺柱焊装置”,申请号2015.03.05,201510096122.x,该系统,主要包括三部分:自动上料装置,伺服驱动机械夹手,伺服拖动型材精确移动装置。其关键部位有:采用料盘取料,抓取机械手每次从料盘上取料;取料完成后,将螺柱送至焊接机器手,并利用伺服电机驱动机械手移动,可以实现螺柱焊接的提升引弧与下压成形过程;利用电机驱动带动长型材移动,与机械手焊枪配合,实现钢棒较精确的间隔焊接工作。 

预期经济和社会效益: 

目前,大尺寸螺柱与板材之间的焊接往往使用传统的气保焊,但焊接质量较差,也有少数企业采用进行人工操作螺柱焊枪焊接,但螺柱和瓷环的安装、拆卸比较麻烦,焊接的质量也不稳定,工人的劳动强度大。 

近年来,国内在高速铁路、钢结构等行业的快速发展,对伸缩缝产业的需求日益旺盛,本项目适应了技术与产业的发展需求,项目产品可以大大提高伸缩缝生产企业的生产效率,提高企业经济效益。 

经过调研,全国路桥伸缩缝生产企业也有上千家,其中在河北省衡水地区有伸缩缝生产厂家达300多家,因此,国内总的需求量至少在千台以上,因此产业化前景良好。 

实施方式/模式: 

技术转让,合作开发,技术扩引。 

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5.4年产30万台套新能源热水器内胆自动化生产线系统 

所处阶段:中试 

成果来源:先进制造技术研究所 

必要性及需求分析: 

随着德国“工业4.0”以及“中国制造2025”的提出,制造业智能化生产已成为企业转型升级的必然趋势。该项目从改造传统生产及管理模式并提高企业竞争力为目标出发,优先实现了热水器内胆数字化智能生产,优化了企业生产制造管理模式,强化了生产过程管理和控制,实现了精细化管理的目的,在同行业及相关制造业中具有典型的示范及带动作用。 

目标及主要任务: 

已建设数字化智能工厂为目标,实现新能源热水器内胆自动化生产线系统集机器人拉伸冲压生产线、喷淋式前处理清洗线、内胆焊接生产线、内胆整形生产线、喷砂生产线、涂搪生产线、烘干烧结生产线于一体。同时建设包含管理层、网络通信层、执行层三层网络结构的制造执行系统,在满足内胆产品全工艺流程自动化生产,实现了营销管理、成本管理、物资管理、生产计划管理、设备管理、质量管理等任务,进而优化了企业生产制造的管理模式,强化了过程管理与控制,并达到精细化生产及管理的目标。 

现有工作基础: 

通过本项目的实施,建立了由机电一体化装备研发与系统集成、MES软件开发、机器人生产线系统仿真、智能传感与检测、多协议通信网络的数字化工厂系统平台,为后续数字化智能工厂的研发奠定了技术基础。本项目的成功实施,也将在相关制造行业进行示范推广,在中国制造2025的倡导下,为我国制造业的转型升级提供技术支撑。 

预期经济和社会效益: 

近年来,国内外热水器行业均保持着较快的发展势头,目前我国城市居民家用热水器拥有率达到72%,尚未达到饱和状态。据研究资料显示,在未来几年内,全球低碳家电热水器的市场份额将以每年1000亿元人民币的速度递增。该系统使用后,预计热水器内胆生产能力将由原来的20万台套/年增加至30万台套/年,减少人工70%,实现年增产值达1.5亿元。对于提高产品质量及生产效率,降低生产成本,进而提升企业产品的品牌竞争力具有重要的意义。 

实施方式/模式: 

该项目由企业委托常州先进制造技术研究所开发,针对企业技术及管理特点,通过综合利用机器人系统集成技术、集散控制技术、信息通信技术等,对各生产线进行有机集成,实现了热水器内胆的全工艺流程自动化生产。 

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5.5气门摩擦焊屈服强度自动化检测设备 

所处阶段:小试 

成果来源:先进制造技术研究所 

必要性及需求分析: 

气门是发动机的关键基础件。为满足发动机不断强化的要求和降低成本的要求,发动机气门越来越多地采用双金属焊接气门,气门摩擦焊接的质量直接影响到气门工作的可靠性和发动机的安全性,因此需要对焊缝进行屈服强度检测。目前,大多数新型发动机的排气门都采用双金属焊接方式,所以对此类检测设备的需求很大。 

目标及主要任务: 

该成果的设备的目标是检测气门摩擦焊口的屈服强度是否满足要求,采用在工件盘部顶压的方式,对不同尺寸的工件设定不同的下压位移进行顶压,如果工件从焊口位置断裂即为不合格,不断裂即为合格;同时需适应不同尺寸工件,满足自动化操作要求。设备包括气门的自动输送、机械手自动上下料、主轴旋转、卡盘自动夹紧、顶压等功能。系统配置人机界面,通过触摸屏进行人机交互,实现启停、自动手动模式切换等系统控制;产品信息、质检信息、报警信息等运行状况显示;参数设置及数据记录功能。 

现有工作基础: 

目前,该成果已完成设备研发,正在进行工件顶压实验。 

(1)采用链板自动输送气门; 

(2)电缸从上向下顶压,并采用齿轮齿条驱动电缸运动以适应不同尺寸的工件; 

(3)桁架机械手抓取上下料; 

(4)采用运动控制器和总线控制。 

预期经济和社会效益: 

预期经济效益:从我国2009-2013年气门产量的变动趋势来看,整体呈上升变化趋势。预计2018年我国气门产量将达到8.65亿支,有规模的企业上千家。该设备的研发费用为45万元,如果批量生产,以售价40万元计算,每年产量100台,将达到年产值4000万元。 

目前,国内气门摩擦焊检测多为手工检测,效率低,焊口断裂时盘部弹出对操作工人有危险性,工人劳动强度大。气门摩擦焊屈服强度自动化检测设备将提高气门产品的可靠性,减少操作工人,降低工人劳动强度,提高气门企业的自动化程度,其配备的智能系统方便企业进行数字化改造。 

实施方式/模式: 

可委托研制,成立专门公司进行生产、销售。 

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5.6三栖移动机器人 

所处阶段:小试 

成果来源:先进制造技术研究所 

必要性及需求分析: 

受运动模式的限制,目前研制出的移动机器人大多是基于单一作业环境。两栖机器人虽然一定程度上增强了只具备单一运动模式的移动机器人的环境适应性,但同样具有局限性。同样,适于空中飞行的机器人可以很好的完成空中作业,但难以适应陆地和水下作业要求。所以,变革移动机器人的机构设计和运动模式,研究开发能适应复杂的水陆空作业环境的三栖机器人,是机器人研究领域的一个新的重要研究方向。除了要求机器人具有多环境全地形适应能力外,良好的机动性、节能高效、自主等也是重要的发展趋势。 

目标及主要任务: 

开发出一款能在水陆空多环境全地形移动的探测机器人是目前我们遇到的难题和挑战,也正是本项研究的主要内容和创新所在。在本项研究中,我们将通过研究水母的运动机理并通过设计再现,结合创新性机构设计,开发出一款高机动性自主三栖移动机器人。本项目研究将为移动机器人的运动方式开启新的研究思路,具有很好的科学意义、重要的理论价值和实际的应用前景。如果研制成功,可用于军事侦察、核与自然灾难以及工业事故等特殊事件发生后的救援、环境监测与评估,也可用于煤矿瓦斯气体检测、空间探索与安保等等。 

现有工作基础: 

 本项研究对三栖移动机器人开发所涉及的关键技术进行了彻底的研究,突破了轻质高刚度的机械结构设计、自主切换的控制系统设计、动力飞行系统设计等技术,开发了三栖机器人样机,申请了数项发明专利,可用于产业化。取得的突破和创新点主要有: 

(1)通过创新机构设计,将四旋翼机构和柔性球壳机构有效耦合,实 

 现了将四旋翼机构作为两种运动模式的统一驱动机构,同时也实现了将柔性球壳机构分别作为两种运动模式的防护和执行机构; 

(2)通过采用轻量化设计方法,即采用轻质高刚性材料及零部件结构 

 设计使得机器人实现了在有限的升力条件下的快速机动及有效负载能力,为机器人作为探测平台的应用奠定了基础; 

(3)通过开发物理样机进行试验,改进了设计中纯球壳机构不能有效应用于地面滚动模式的不足,使该两栖机器人具备了较好的运动性能,改进了传统只具备单一运动模式的移动机器人的环境适应性。 

预期经济和社会效益: 

本项目开发的四旋翼机器人为四旋翼无人机产品开发打下了技术基础,在本项目成果的基础上,如果继续投入经费,可以开发出自主型无人机产品,相较目前市场上广泛存在的遥控飞行无人机而言,自主性大大提高,是真正的无人机,具有飞行范围更大、飞行更灵活可靠、安全性更高等特点,具有广阔的市场需求。 

实施方式/模式: 

开发产品,进行市场推广和销售。 

附件:图片 

  

  

5.7实用型焊接机器人 

所处阶段:小试 

成果来源:先进制造技术研究所 

必要性及需求分析: 

五自由度低成本焊接机器人具有操作简便、性价比高、工作空间大、焊接效率高、焊接质量优良等特点,适用于各种金属结构件焊接项目的实施,可显著提升焊接效率及焊接工艺;低成本和易操作的特点可降低企业应用的资金和技术门槛,可有效解决招工难、用工荒、人工成本高等问题,有利于广大中小型焊接企业进行焊接设备改造和技术升级;其产业化可打破目前国外焊接机器人的行业支配地位,提升我国焊接行业竞争力,促进焊接产业发展。 

目标及主要任务: 

充分利用SCARA的结构轻便、响应快以及顺应性好的特点,开发五自由度焊接机器人主体结构,以提高焊接机器人的响应速度以及焊枪定位精度;研发对象级路径规划自学习编程技术,通过采集手动控制焊枪沿焊缝移动的轨迹信号,自动记忆并生成控制程序;开发位置偏移检测模块,实现焊接参数实时可调,以进一步提高焊接的质量和效率;开发重力平衡机构使示教操作简单易行;最终开发出达到同类领先水平的低成本焊接机器人。 

现有工作基础: 

本项目关键技术已经成熟,对焊接机器人批量化生产所涉及的基础理论、关键加工工艺及装备开展了系统的研发,开发的实用型焊接机器人产品已经成熟,可用于产业化阶段,体现在以下几方面: 

(1)进行了数年的研发,突破了关键技术,申请了专利保护; 

(2)目前已经完成样机的生产和调试,并针对典型焊件进行了试生产,效果良好; 

(3)建立了以实用型焊接机器人为核心产品的成套技术。 

预期经济和社会效益: 

该焊接机器人具有工作空间大、焊接效率高、操作简便、性价比高、焊接质量优良等特点,适用于各种金属结构件焊接项目的实施,对提升金属结构件的焊接效率及焊接工艺有着重要的作用。技术创新点主要包括:(1)机械本体结构的高刚性和高灵活性;(2)焊接机器人的连续运动轨迹插补;(3)高效的对象级线下示教编程技术;(4)与焊接电源的标准化通讯技术;(5)高性价比。 

该焊接机器人可以转变当前多采用人工操作的焊接方式,将焊接工人从繁重的劳动中解放出来,解决生产过程中给人体带来的健康问题。采用机器人自动化焊接生产线,可以实现焊接工序自动化,实现对各类工件的自动焊接,生产效率将大幅提高。同时可以有效提高焊接产品的质量,降低废品率,节省材料,减少污染物的排放。 

实施方式/模式: 

开发产品,进行市场推广和销售。 

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5.8老年服务机器人 

该项目为中国科学院知识创新工程重要方向项目,老人服务机器人集成了当今机器人最前沿的技术,以智力、动力、结构、运动和感知组成要素为基础,对服务机器人各组成单元及其间的信息处理、接口耦合、人机交互进行深入研究,使得整个机器人系统有机集成,突破环境识别、自主行走等多项关键技术,为对老人提供多功能的服务,它能够自主移动日常用品的拾取和递送,基于语音和唇形的情感识别,能够感知老人的心情,陪老人聊天,进行简单日常对话和智能娱乐等,还能对老人进行监护(如摔倒),根据老人的健康状况制定老人的饮食计划和健身计划,提醒老人按时服药,并且开发出适合老人锻炼的虚拟健身运动。研制的老人服务机器人具备服务能力强、低成本、高可靠性的特点,为未来进入家庭奠定技术基础,推动服务机器人产业化的实现。 

应用领域:老年人家庭服务业。 

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5.9 小型零件高速热锻机械手 

所处阶段:成熟待产业化 

成果来源:先进制造技术研究所 

必要性及需求分析: 

五金、家电、管道、阀门制造等行业中大量使用的阀体、管套等小型零件,其生产工艺中比较重要的一环是采用热锻工艺,长期以来,由于生产自动化程度较低,热锻生产均采用人工上下料,由于工件小,人工上下料频率非常高,所以工人操作存在高危风险,加之热锻工艺的高温与噪声等环境,所以劳动环境恶劣,这也造成了用工成本的增加。目前,热锻生产线的自动化改造就更加的迫在眉睫,市场上成熟的热锻机械手往往是大型的六轴工业机器人,成本非常高,对于小型零件行业来说,本身性于微利生产,另外由于关节多,臂长等因素,使其上下料节拍较长,因此企业不大愿意采用这种自动化改造方式,为迎合市场需求,无们开发了更加高效的小型零件高速热锻机械手。 

目标及主要任务: 

(1)  

(1)研究开发小型零件高速热锻机械手 

开发上料与下料机械手爪,通过直线、旋转等运动,可以实现将输送线上物料,抓取并精确放置于冲压模具之中,对于需要分模的工件,采用下料机械手,精确抓取工件,并通过料道滑至收料框。 

(2)开发机械手与机床可靠协同控制系统 

由于机械手与机床工件节拍较快,所以安全控制成为较关键的因素,主要保证工件温度不足,不能放料;由于工件形状误差不能入模时,压机不能下落;工件未被取出,压机不能下落,为此在机床、机械手多个工件元件处放置传感器,并设计可靠控制逻辑算法,保证所有系统的稳定工作。 

(3)小型零件成套全自动热锻生产系统集成 

为适应中小型企业对小型零件热锻加工整体解决需求,可为用户提供完整的交钥匙式工程服务,全套系统包括:高速液压冲床一台、模具一套(客户可以自配)、上下料机械手一套、高频加热炉一套,阶梯上料机一台、加热炉进料机构一套,滑道一套、全自动生产控制系统一套。 

现有工作基础: 

当前已有多台热锻机械手投入到实际生产中,成熟的控制系统很好的串联起阶梯上料机、高频加热炉、工件传送带、热锻机械手、冲压机床的协同运作;模块化的机械结构设计能够快速的适应不同的现场环境和不同规格的工件形状。 

预期经济和社会效益: 

对比当前热锻机械手和人工手动方式生产,热锻机械手能够提升一倍有余的工作效率,同时,生产更加稳定可靠。热锻机械手费用以及后期维护成本也远远低于企业用人成本。因此热锻机械手的企业将会有利于使用企业提高生产效率,提高企业核心竞争力。由于热锻生产属于基础生产工艺,市场上正在使用的热锻压机数量非常可观,由于低成本、高效率等优势,预计小型零件高速热锻机械手在产业化生产之后,会有500台左右的年销量。 

实施方式/模式: 

购买、生产合作、行业推广、技术共享。 

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5.10 页岩气石油钻采用关键零部件热挤压用锻压机器人上下料系统 

所处阶段:中试 

成果来源:先进制造技术研究所 

必要性及需求分析: 

 页岩气石油钻关键零部件是制约我国钻采装备技术发展的瓶颈,为满足其在恶劣环境下的使用要求,需要在1100℃--1200℃高温条件下精确热锻成型。当前,多数采用人工进行高温零部件的上下料操作,工作环境恶劣、危险性高、劳动强度大、产品质量不稳定。通过突破高温环境下精确定位、生产线系统集成以及高温工件自动拾取机构等核心关键技术,利用工业机器人实现制坯、成型和锻压过程的自动化生产,在节省人工的同时,提高了生产效率及产品质量,带动锻造行业的转型升级。 

我国是锻压大国,锻件产量世界第一,但我国的锻造生产还停留在人工锻造生产时代。对于锻压企业首先要实现自动化生产,解决操作人员极度缺乏的难题。自动化生产的趋势不可逆转,机器人锻压技术应用前景十分广泛,具有巨大的市场潜力。 

目标及主要任务: 

以全面实现页岩气石油钻采用关键零部件生产过程中的高温加热、自动上料、定位、锻压、喷墨、下料等工序自动化作业及生产状态实时检测报警系统过程自动化控制为任务目标,开发出以加热炉、冲压机等设备基础的配套自动定位机构、喷墨装置、机器人上下料与专业耐高温减震散热手爪等周边附属配套系统生产线,形成主机与自动化系统的无缝集成,实现系统节拍提升及系统稳定性。 

现有工作基础: 

项目组成员,以面向先进制造领域对机器人与智能装备核心技术的需求,开展机电一体化系统设计,并积极承担了多个机器人锻压应用项目的研制及智能装备与机电一体化系统等自动化生产线设计与集成,为装备制造业的自主创新提供技术支撑。 

预期经济和社会效益: 

该系统使用后,企业页岩气石油钻关键零部件生产能力将由原来的500件/天增加至700件/天,减少人工70%,实现年增产值达22000万元。在同行业中提升了自身的技术优势,同时也吸引了同行业的高度关注,在高温锻压生产行业起到了示范作用。该系统的投入使用,为企业赢得了众多国内外客户,提成了企业产品的品牌知名度。 

机器人锻压自动化生产线的应用,将工人从繁重的劳动中解放出来,解决生产过程中给人体带来的健康问题,同时能够大幅提高生产效率和锻件产品的质量,降低废品率,节省材料,减少污染物的排放。同时,能够抢占中低端机器人锻压市场,提高具备我国自主知识产权的锻压机器人应用的市场占有率,提高我国锻压行业的市场竞争力,促进民族企业的技术升级和民族经济的腾飞。 

实施方式/模式: 

在工业机器人领域进行新的业务拓展,采取与更多锻压企业的交流合作开发模式,实现在机器人自动化及智能机器人领域有所突破。 

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5.11 准分子激光器及准分子激光应用设备 

所处阶段:成熟待产业化 

 成果来源:安徽光学精密机械研究所 

必要性及需求分析: 

常用准分子激光输出波长351nm、308nm、248nm、193nm、157nm。准分子激光单光子能量高,从3.5eV(351nm)到7.9eV(157nm),能有效打断材料组织中的共价键。与CO2及YAG激光不同,准分子激光通过激光诱导的化学过程对材料进行光解切除(photoablation),避免了红外波段激光加工中的热效应以及激光生物组织切除中对周围组织的破坏,具有“冷加工”的特点。准分子激光器在工业、医疗、科研等领域有广泛的应用。 

准分子激光器是半导体光刻设备、高端平板显示器(TFTLCD及OLED等)生产中的退火设备、激光精细加工设备(MEMS加工、打微孔、宝石刻蚀)、光纤光栅刻蚀、激光医疗设备(角膜屈光度矫正设备、308皮肤治疗机等)等工业和医疗设备的核心部件。目前准分子激光器产品的全球年销售量约9.5亿美元,中国大陆地区准分子激光器年销售量占全球市场约1/3。随着近年我国半导体制造、平板显示、LED、太阳能电池等行业的飞速发展,准分子激光器的市场需求量将有较大幅度提高。目前,此类器件绝大部分由Coherent、Cymer和Gigaphoton等日美公司提供。我们团队是最先研制出中国的第一代准分子激光器的团队之一,也是目前国内唯一一家有能力生产国产准分子激光器产品的团队。 

目标及主要任务: 

本项目立足于团队掌握核心技术优势,在现有准分子激光器和部分工业、医疗应用设备样机基础上,完成产品化过程,并实现产业化运作。本项目主要产品为标准参数准分子激光器系列和基于准分子激光器的工业医疗设备。 

现有工作基础: 

 安徽光学机械研究所是国内最早开展准分子激光研究的单位,在准分子激光技术上有雄厚的贮备,准分子器件相关工作曾获中科院科技进步二等奖三次、三等奖两次。准分子激光技术研究得到国家科技重大专项、国家自然科学基金、国家科技攻关项目、中科院重大仪器研制项目等资金支持,掌握大量先进的准分子激光单元技术。曾研制完成百瓦级大功率准分子激光器、焦耳级大能量准分子激光器、以及针对半导体光刻等应用的4kHz高重复率器件。本项目立足于团队掌握核心技术优势,在现有准分子激光器和部分工业、医疗应用设备样机基础上,完成产品化过程,并实现产业化运作。本项目主要产品为标准参数准分子激光器系列和基于准分子激光器的工业医疗设备。 

预期经济和社会效益: 

准分子激光器在半导体集成电路光刻、精细加工、近视眼校正手术等传统应用领域的市场份额在全球激光材料加工市场中占1/5。这个市场处于稳定和成熟期;另外,平板显示低温退火、高密度印刷线路板制作、薄膜太阳能电池制备中的打孔等加工、垂直结构GaNLED制备工艺中的剥离技术、激光皮肤治疗等,属于准分子激光器应用的新兴市场,处于起步或成长期,有巨大的市场潜力。本项目所涉及的准分子激光器系列产品及基于准分子激光器的多种应用产品,其国际市场规模超过50亿元人民币,其中准分子激光系列及工业应用相关产品的用户多分布于亚洲,医疗产品用户在欧美和亚洲均有分布。目前国内的市场容量约在15亿元左右。 

项目预期投入2000万元-5000万元,五年后将达到销售额8000万元以上,毛利超过2500万元,解决的就业人数预计在50-100人。该项目成功转化,将创建国内第一个以准分子激光工业设备为主流产品的高新技术企业,率先推出国产准分子激光应用设备,打破多年来国外在该领域的垄断。中国将进入继美日澳之后能够提供该设备的少数企业行列。 

实施方式/模式: 

本项目拟通过政府或相关企业支持或融资,在已有准分子激光器系列产品基础上进行产业化推广,占领部分国内市场份额,并通过规模化标准生产优势,降低产品成本,扩大市场份额。同时,在已有高密度印刷线路板的紫外激光刻蚀设备、小型平板显示工艺的低温退火设备、固体样品激光剥蚀取样设备、制备光纤传感器的准分子激光设备、脉冲激光沉积薄膜设备、308nm白癜风皮肤治疗仪样机基础上进行典型产品开发,瞄准用途最广、最典型的几种准分子激光器,形成定型的系列产品推向市场,满足大部分主流工业设备和典型医疗设备市场的需求。推进各型准分子激光应用设备规模化生产和销售。后续再以工业、医疗等领域需求为导向,持续开发新技术和新设备,形成以技术创新推动项目可持续发展。团队以技术入股的方式入股生产线建设和产品生产及应用,采取以企业为中心,科研机构支撑,利益共享、风险共担的产学研联合的模式,共同促进科技成果的转化与推广。 

附件:图片 

  

  

5.12 低温氦纯化器 

所处阶段:成熟待产业化 

 成果来源:等离子体物理研究所 

必要性及需求分析: 

众所周知LHe价格昂贵和He气的稀缺,很多企业和单位由于没有氦气纯化技术,白白浪费大量的氦气,造成巨大的经济浪费。 

使用低温氦纯化器,有极高的经济的价值和广泛的应用前景,可广泛使用于:气体分离、氦气回收企业,也可使航空航天、高校、研究院所、医院等,如气站生产高纯氦、大型氦制冷机系统,以及托卡马克和超导加速器、强磁场等大科学装置等。 

购买液氦及氦气受时间和距离以及供应量限制,很大程度制约了单位的生产及科研活动,氦气的回收、纯化再利用需求十分迫切。 

目标及主要任务: 

实现产品系列化,标准化。 

现有工作基础: 

我单位拥有目前全国最大的氦低温系统,成功自主研制出2000W、500w氦制冷机系统,拥有全套的氦气回收、纯化及液化系统。对氦气纯化有多年的工作经验的技术积累,为本单位及其他单位研制氦纯化器并成功投入使用。 

预期经济和社会效益: 

一台100m3/h纯化器正常利润约40万,正常生产需工作人员4名一个月生产一台,一年市场12台,利润480万。 

1m3氦气市场价80元,一台纯化器纯化1m3氦气成本约40元,一天工作12小时,为企业创造效益48000元,一年工作100天,将为企业创造效益480万元。 

实施方式/模式: 

技术转让或技术入股方式。 

附件:图片 

  

  

5.13 低温气动阀 

所处阶段:成熟待产业化 

成果来源:等离子体物理研究所 

必要性及需求分析: 

阀门是氦低温系统中必不可少的关键部件,应用于过程操作和控制的主要执行机构为可远程控制的气动阀门。目前应用于4.4K甚至1.8K温区的低温阀门使用越来越广泛,然而国内没有生产的低温阀门最低也只在77K液氮温区,而且在技术水平、寿命、可靠性、配套能力等方面都与国外产品存在较大的差距。本项目主要研制能够用在液氦温区的低温气动调节阀门。 

目标及主要任务: 

实现产品的稳定性和可靠性,产品的系列化。 

现有工作基础: 

等离子体所自主设计并建造了目前国内最大的2Kw/4.4K氦低温系统,通过长期对氦低温系统的运行维护,对低温控制阀门的安装、使用、维护有长期的研究。已经开展了低温阀门的整体结构设计,以及阀门定位器的研究,同时对低温阀门冷态实验的稳态传热进行了模拟分析。我们拥有很好的低温试验平台,可以方便地进行阀门研制过程的深冷处理,以及阀门各种性能的低温实验。 

预期经济和社会效益: 

一台低温控制阀利润约在10000元,一个月正常50台,利润在50万元,一年为企业产生利润600万。 

实施方式/模式: 

 技术转让或技术入股方式。 

附件:图片 

  

 

 

 

                     5.14仿人双足智能救援机器人  

成果名称 

仿人双足智能救援机器人 

联系人 

赵江海 

联系电话 

15061995810 

邮  箱 

[email protected] 

所属产业领域 

先进制造 

所处阶段 

小试 

所属研究所(中心):先进制造技术研究所 

l 成果简介: 

仿人双足救援智能机器人是面向灾害救援需要而专门设计、制造的一款双足行走类人机器人,重点突破仿生机构设计、本报名参赛体结构轻量化设计、多传感信息感知与融合、人机交互实时控制和多学科系统集成等关键技术。2013年,参加美国国防部举办的国际机器人挑战赛(DRC),顺利通过预测试,在全球100多支报名参赛队中获得参赛资格。2017年,仿人双足救援智能机器人参加“率先行动、砥砺奋进——‘十八大’以来中国科学院创新成果展”,为中国首台以实施危险环境救援为目标的全尺寸人形智能机器人,在复杂环境下自主行走于多任务作业方面处于国际先进水平。 

l 主要技术指标(或参数): 

1)仿人机构设计与制造 

2)欠驱动形状自适应抓取技术 

3)稳定性实时控制技术 

4)视觉感知系统 

5)人机交互方式实现半自主识别技术 

l 应用领域: 

先进制造。 

l 市场前景: 

仿人双足救援智能机器人在未来战争、航空航天和社会服务中将发挥关键作用。仿人机器人是一个复杂的光机电系统,具有超过自由度,运动操作更加灵活,非但能模类人的结构与操作,甚至可以实现很多人类的行为与智能。在实时自适应的算法的控制下,能够攀爬、在崎岖路面行走、翻越障碍物等,能适应各种地面行走环境;在非结构环境下,能采用双臂协作的方式完成更加精准和复杂的操作,并且能应付自如,在未来战争和特殊服务中发挥关键作用。为实现2020年前建立我国长期有人居住的空间站这一战略目标,用仿人机器人替代人类长期驻守空间站,放大和延长人类外太空的工作时间。仿人机器人在未来战场上可以减少生命损失,增强打击的效果;进入千家万户,代替人进行高强度枯燥重复操作或是家庭服务,节约劳动力;同时,仿人机器人具有人类的特殊结构,代替人类完成危险作业,如在原子能核电站和海底等危害人类的环境下工作,可以扩展人类的工作能力,是未来关注和发展的重点。 

l 拟转化的方式(或合作模式): 

开发产品,进行市场推广和销售。 

l 相关图片: 

  

仿人双足智能救援机器人整体外观 

 

 

 

 

                      5.15光伏组件自动焊接系统  

 

成果名称 

光伏组件自动焊接系统  

联系人 

聂余满 

联系电话 

13385690910 

邮  箱 

[email protected] 

所属产业领域 

先进制造 

所处阶段 

成熟待产业化 

所属研究所(中心):智能机械研究所  

l 成果简介: 

太阳能光伏组件的焊带、焊条自动焊接设备取代人工焊接,可大幅度降低人力资源成本,增加焊带的牢固度(拉脱力>70N)。目前在太阳能焊带、焊条方面,市面上以人工和设备焊接并存。但是目前的设备焊接拉脱力大小不均,无法保证。我方研发的自动化设备可实现自主定位、自动焊接,焊接位置精确、质量牢固,并可实现设定角度的自动折弯。相关设备已在全球领先的高性能光伏产品制造商生产线上焊接生产,实测拉脱力100N以上。 

l 主要技术指标(或参数): 

定位精度0.1mm,产能>1500,拉脱力>=70N。产品良率:≥99%  

l 应用领域: 

太阳能光伏组件的焊带、焊条自动焊接 

l 市场前景: 

太阳能行业属于劳动密集型,而随着人力成本的不断攀升,企业迫切需要以机代人。并且由于人员的不确定性,使得人员在焊接的时候存在很多问题,拉脱力不均匀,毛刺多等,从而导致不良产品流至客户端以至于客诉、退货。使用自动化焊接设备可以降低人力成本,减少不良率的发生。 

l 拟转化的方式(或合作模式): 

技术转让、委托开发  

l 相关图片: 

  

光伏组件自动焊接系统                 自动焊接前后对比 

 

 

 

 

               5.16模块化易扩展的智能仓储系统 

成果名称 

模块化易扩展的智能仓储系统  

联系人 

聂余满 

联系电话 

13385690910  

邮  箱 

[email protected] 

所属产业领域 

先进制造  

所处阶段 

成熟待产业化 

所属研究所(中心):智能机械研究所 

l 成果简介: 

研发了模块化易扩展的智能仓储系统,满足了物料/半成品狭小空间下高效的临时仓储需求。环形智能仓储系统的硬件设备由一个360°可旋转的机器人、环形货架、出入库输送线组成。料箱经输送线流进入库端,机器人收到控制系统的指令,抓取料箱并将其运送至指定的存储格内。每个料箱均通过该方式进行存储,直至整个波次存储完成。当机器人收到取货指令时,机器人轴体及夹具旋转至料箱所在的存储格前,将料箱取出并放置出库端。该系统对空间的利用率较高,模块化设计具有良好的兼容性,可作为物流系统中的一个模块与其他系统相连。同时,存储量也可柔性扩展,当客户的订单量增加并且受场地面积允许,在保持原来的单套系统完整的基础上,随时进行扩容,通过增加多套系统满足客户订单需求。核心技术的成果来源于自主研发,相关授权专利8件,其中发明4件,实用新型4件,软件著作权8件;在申请专利17件,其中发明6件,实用新型9件,外观专利2件,产权清晰无纠纷。 

l 主要技术指标(或参数): 

立体仓库:①堆垛机轨道和库体轨道在水平方向上,定位精度±1mm内;②入库堆垛机轨道和库体轨道在垂直方向上,定位精度±1mm内;③出库堆垛机轨道和库体轨道在垂直方向上,定位精度±1mm内。智能仓储系统作业范围:占地面积3.5m*3.5m;高度3m-10m 

l 应用领域: 

目标产品主要面向汽车、家电、制药、医疗、食品饮料等人员密集型制造产业,可实现车间内物料/成品的智能化转运、仓储。 

l 市场前景: 

目标产品模块化智能仓储单元,已完成中试。当前,我国民众对上述行业产品的需求快速攀升。以汽车为例,2016年我国全年汽车产销分别完成2811.9万辆和2802.8万辆,同比增长14.76%和13.7%,高于上年同期11.5%和9.0%。在强烈需求的驱动下,上述行业的自动化生产线对物流仓储效率、空间利用率等提出了更为严苛的要求,故目标产品具有极为广阔的前景。 

l 拟转化的方式(或合作模式): 

技术转让。 

l 相关图片: 

  

模块化易扩展的智能仓储系统 

 

 

 

 

                   5.17氮磷钾固态离子选择电极传感器 

成果名称 

氮磷钾固态离子选择电极传感器 

联系人 

孔德义 

联系电话 

0551-65593242 / 13339191966 

邮  箱 

[email protected] 

所属产业领域 

先进制造 

所处阶段 

小试 

所属研究所(中心):智能机械智能所 

l 成果简介: 

我们研制的氮磷钾固态离子选择电极传感器,可用于检测农田土壤中的重要速效养分浓度,包括钾离子、铵根离子、硝酸根离子、磷酸根离子的浓度,有助于及时掌握农田土壤中作物所需的各种速效养分浓度及其空间分布情况,避免在盲目施肥过程中,某些区域施肥过量,另一些区域施肥不足;或是同一区域中某些养分种类过量,而另一些养分种类又不足,从而在化肥减失、粮食提质增效、农业生态环境保护等方面产生显著效果,降低生产成本并提高产品品质。 

与目前现有的一些检测方法相比,离子选择电极传感器简便易用,样本前处理简单,检测速度快,可检测的离子种类范围较广,并且检测结果不受试液颜色、浊度的影响,具有较好的鲁棒性。但目前市场上仅有钾离子和硝酸根离子选择电极传感器,且均为液膜型离子选择电极,需要在传感器中充入液体,因此在制造工艺、生产成本以及使用维护等方面都有不足之处,在微小型化和系统集成等方面均不如固态离子选择电极传感器。 

我们研制出的氮磷钾固态离子选择电极传感器,分别是固态钾离子选择电极传感器、固态铵根离子选择电极传感器、固态硝酸根离子选择电极传感器、固态磷酸根离子选择电极传感器,既可以检测农田土壤中的重要速效养分离子浓度,也可以检测水体环境中的对应离子浓度。该成果填补了国内同类产品的空白,在微小型化和系统集成等方面具有技术领先优势,既可以独立使用,还可用于相关检测仪器仪表的二次开发。 

l 主要技术指标(或参数): 

(1)检测浓度线性范围: 

钾离子:10-5~10-1mol/L 

铵根离子:10-5~10-2mol/L 

硝酸根离子:10-4-10-1mol/L 

磷酸根离子:10-5~10-1mol/L 

(2)检测时间:小于1 min 

l 应用领域: 

1、农田土壤速效养分浓度检测 

有助于及时掌握农田土壤中作物所需的各种速效养分浓度及其空间分布情况,避免在盲目施肥过程中,某些区域施肥过量,另一些区域施肥不足;或是同一区域中某些养分种类过量,而另一些养分种类又不足,达到均衡施肥效果,降低化肥使用成本并提高产品品质,同时减少环境污染。 

2、水体环境中离子浓度检测 

可检测水体环境中的钾离子、铵根离子、硝酸根离子、磷酸根离子的浓度,特别是容易引发水体污染的氨态氮和磷酸盐的浓度,可用于污染发生前的及时预警,以及污染发生后的成因分析。 

l 市场前景: 

我们研制的氮磷钾固态离子选择电极传感器,成本相对较低,操作简便,可用于乡村一级的土壤检测配肥站,因此市场前景较为广阔,同时还可提供给各级农业检测机构。此外,该产品也可提供给各级环境监测站,用于水质检测。 

l 拟转化的方式(或合作模式): 

可直接供货,也可采用技术转让或技术作价入股成立公司方式。 

l 相关图片: 

    

钾、铵根、硝酸根、磷酸根固态离子选择电极传感器      四种固态离子选择电极传感器 

  

(聊城荣恒医疗器械有限公司)