[01219173]基于人手协调动作的海带打结技术

技术用于实现海带打结的机械化作业，海带结是一种长80～100mm，中间有结的海带条，其原材料为长100～120mm、宽18～20mm、厚0.5～1.5mm的条形海带。所要解决的是克服海带打结的手工操作问题，提供一种结构合理、效率高、自动和手动运行的海带打结设备。该项目的技术原理来源于模仿人手打海带结的协调动作。通过对工人双手打海带结协调动作的详细观察和动作分解，把海带打结的全过程分解为可通过结构实现的送料、缠绕、打结和切断四个步骤，设计和制造实现上述四个步骤的自动海带打结机样机。该项目性能指标为①海带结外形美观、一致，不得绕海带条长度方向扭转；②打结机由控制系统、气压驱动系统和机械系统组成，包括送料机构、缠绕机构、打结机构、压紧切断机构和机架。③打结效率为4秒/每海带结；④打结成功率超过90%；⑤可实现自动和手动打结两种功能；⑥打结机为单滑道，每次打一个海带结；⑦单滑道打结机的原理应适用于多滑道打结机。本技术是世界范围内至今尚未解决的难点和热点问题，该项目的研制成功将填补国内外机械化海带打结技术的空白，为研制海带打结机器人集成技术及成套设备扫清最后的技术障碍。该项目的创造性成果主要有：①提出了基于人手协调动作的海带打结原理，为实现海带打结的机械化奠定了必要基础，通过自动海带打结技术原理样机的试验，证实了该项技术是正确可行的；②发现了海带条具有刚柔两面性的特点，对自动海带打结和传输自动化设备的研制具有重要的参考价值；③设计了结构新颖的组合夹爪，解决了海带条在机械系统中的输送和在打结过程中的衔接问题。以上均是世界范围内首创的技术成果，拥有完全的知识产权，在国内外居于领先水平。基于人手协调动作的海带打结技术的突破和自动海带打结机样机的研制成功标志着实现机械化自动海带打结关键技术的突破，依靠哈尔滨工业大学机器人研究所在智能机器人领域的雄厚技术实力，研制由海带片自动识别系统、切条机、筛选机、定位机、修整机、分配机、上料机、打结机组成的智能化海带打结机器人集成技术及成套设备的条件已经成熟，争取用两年时间研制出可用于工业生产的智能化海带打结成套设备。国家“十一五”规划、“973”、“863”计划都把大力开发海洋资源，提高海产品深加工水平列为重点支持的科学研究方向，开发海带打结机器人集成技术及成套设备一定会得到国家的大力支持。威海是海带产品主要产区，产量占全球的50%，由于海带结加工的困难，大多数海带都以海带丝和海带条的形式进入消费市场，其价格仅为海带结的三分之一，海带养殖、加工、经营企业均面临经营亏损的巨大压力，该项目的研制成功有助于海产品产业的良性循环，为威海市的经济建设做出较大的贡献。目前，海带结全部由工人徒手加工，由于海水的浸泡，最多半年时间，工人的手指甲全部脱落，所有的海打结加工厂均难以雇到工人，无法提高产量，荣成市政府曾表示，谁解决了海带打结的机械化加工问题，就给谁在荣成市立一尊雕像，由此可见该项目在提高威海市的形象、把工人从恶劣的劳动环境中解放出来所起到的巨大作用。该项目的经济意义在于仅满足目前全国年产量40万吨海带结的加工，所需的海带打结机器人的设备产值近10亿元，生产的海带结产值近24亿元，其中16亿元为附加产值，去除附加费用，一年即可收回投资。一台 18滑道海带打结机器人可以代替50名熟练工人，预计此设备的售价在120万至150万之间，仅人工成本最多三年时间即可收回投资。目前海带结的产量远远不能满足国外市场的需求、国内市场对海带结的需求至少与国外相当。由此可见，该项目的产业化前景是十分惊人的。我们已经成立了哈尔滨工业大学机器人研究所的分支机构哈尔滨工业大学（威海）机器人研究所，依靠他们在智能机器人领域雄厚的技术实力和国家、山东省、威海市、海带结加工企业的大力支持和配合，争取用两年时间，研制出关键技术包括基于人手协调动作的海带打结技术、基于组合传感器的海带片自动识别技术、基于拓扑法的海带片和机器人建模技术、基于模糊控制原理的机器人动作自动规划技术、基于网络的计算机综合控制技术、能够被海带结加工企业接受的海带打结机器人集成技术及成套设备。