扎根七载 尽绽芳华 ——浙江大学机器人研究院落址余姚七年成果展
企业发展亟需提质升级，大批量产线渴求高效有序的智能制造机器人，谁来助力？
高校科技成果亟需转化，让知识化为真金白银拉动地区高质量发展，谁来搭桥？
生活便捷化势在必行，更少的人力、更精准的落实、更人性化的服务，谁能破题？
在余姚寻找这些答案，目光必将聚焦浙江大学机器人研究院。
落地生根。2017年，在余姚制造业迫切进行转型升级、机器人产业发展方兴未艾，急需建设一个高水平科研机构之时，浙江大学机器人研究院应运而生。
从初生探索，到体制更新，再到因地制宜，研究院大胆实践、一路前行，以全力构建聚才引智“强磁场”、科技创新“策源地”、地方发展“服务员”为宗旨，充分发挥创新与人才的乘数效应，着力突出技术成果转化，努力蜕变为一个“政、产、学、研、用”深度融合的科研与人才培养机构，倾情助力余姚机器人与智能装备产业从小到大、从大到强的华丽转变。
聚集各类人才167人，承担各类攻关项目123项，申请发明专利342项，培育孵化企业48家，争取到各级政府科研及教育平台17个、行业资质7个，培养机器人及相关专业硕博士研究生239名、员工学生100000人次……历经7年，研究院硕果累累，这一个个数字如同为余姚智能制造插上的一对对“隐形的翅膀”，承托着余姚机器人与智能装备产业的美好愿景，扇动着奔向高质量发展的新篇章。
如何为企业的提质增效贡献力量？如何突破国际垄断，攻克卡脖子技术？如何让智慧生活触手可得？本文将为读者介绍7年来研究院众多设计研发里10个比较有代表性的项目。市场需求度如何？技术先进性在哪？产业化进展几成？且看科技型团队“一展芳华”。
“才智过人”，橡塑行业智能化产线及数字化车间整体方案（软硬一体）
团队介绍：2023年，郭晋秦教授带头的基于人机交互的智能型精密节能挤出机的研制成功入选2023年姚江英才项目，并成立橡塑数字化产线项目组。在浙大研究院特聘专家黄永生的协助下，联合浙江大学等多所高校，一支涵盖工艺、机械、电子、自控等专业学科背景的研发团队组建完成，具有丰富的橡塑产业自动化产线、集控系统研发和部署实践经验。
橡塑行业智能化产线
数字化全变频高精密挤出机组及配套DCS集控系统，作为橡塑产业链上下游重要核心设备，可匹配多种下游智能辅机产品，广泛应用于钢丝弹簧软管、波纹伸缩管、PVC管/输液管、塑料造粒、塑料薄膜等产品，能够有效帮助客户降本增效、开拓高端应用市场，满足行业及军工标准，赋能橡塑产品制造行业智能化、数字化转型。
数字化全变频高精密挤出机可有效解决传统挤出机应用中易焦料、能耗高、换网难、产品质量不稳定且工艺难控制等行业痛点。团队根据客户产品性能指标开发相关下游辅助智能设备，如自动喂料与混料、数字化模具与工装、在线监测与分拣等配套智能设施；同时，利用物联网、大数据和AI智能技术，成功开发基于人机交互的操作界面和配套DCS集控系统，创建高仿真数字孪生3D模型，支持远程操作，无缝对接企业云平台，构建企业设备产线数字资产库。
目前，团队已将数字化全变频高精密挤出机研发成果转为可大规模生产的产品，并在多家公司投入得到验证，助力细分市场头部企业，实现产线升级转型。例如，与余姚本地某电子科技公司合作，帮助其成为余姚地区首家欧标软管制造商，关键配件从进口转为自主生产，同时搭建了跨国DCS集控系统，将余姚、常山、越南的生产数据统一收集处理，建立了局域及跨国数字化工厂。
“向下求索”
声学温度剖面仪、声学悬沙剖面仪
团队负责人：徐文，浙江大学求是特聘教授、浙江省高层次人才，长期从事水声信号处理与通信、海洋声学测量技术、潜水器技术及其应用等研究工作，发表各类学术论文100余篇，授权发明专利20余项，牵头两项亿级国家重点研发计划和中科院先导专项项目，4次担任大型南海科考航次首席科学家，作为第一完成人获浙江省科学技术进步奖二等奖，同时积极推动成果转化工作，完成金额100万元的3项发明专利的实施权转让。
徐文在南极科考
声学温度剖面仪对于海洋科学研究、了解全球气候变迁、水下探测、水产养殖等应用非常重要，能够快速获取水体温度剖面。
声学悬沙剖面仪同样是一种利用声学反向散射原理，实时测量水体悬沙浓度、粒径剖面的仪器，主要应用于河川、河口、水库、航道及其他海事或环境影响评估、水体悬沙研究、疏浚回淤研究。
这两种剖面仪有别于传统接触式单点测量，采用非接触式的剖面测量，可大幅提升测量效率。硬件系统均采用低噪声、大动态范围信号接收设计，可以分辨微弱信号，使得声学温度剖面仪能够利用多个不同频率声波信号同时照射水体进行温度反演，声学悬沙剖面仪能够利用多个不同频率声波信号同时测量，提高测量准确度。
这两种剖面仪可广泛应用于水文观测站、海洋牧场、海洋组网观测平台、测绘船、港口航道等，市场应用和产业化前景广阔。
目前，团队已开发了声学温度剖面仪和声学泥沙浓度剖面仪的样机系统，包括硬件、机械结构、上位机软件、算法，并开展了多次湖上、海上实验，接下来将进一步优化系统，并提供试用，根据客户反馈不断迭代更新产品。
“比学赶超” 流量比例电磁阀
团队负责人：刘硕，浙江大学副研究员，专业从事流体控制元件及系统研制工作近15年，承担国家级重点科研项目3项、省部级重点项目5项，拥有相关发明专利20余项，发表国际高水平论文18篇，以第一完成人身份获浙江省科学技术进步三等奖1项。其组建了流体先进驱动技术研究团队，并推动浙江大学机器人研究院与余姚市永创电磁阀有限公司深度合作，成立精密电磁阀联合研发中心，推出了微型比例阀、气体质量流量控制器等系列化产品，成功打破国外垄断，实现相关卡脖子产品的“进口替代”。
流量比例电磁阀
流量比例电磁阀作为基础流体控制元器件，具有结构紧凑、精度高、响应快等特点，广泛应用于工业自动化、航空航天、医疗器械、科学仪器等众多领域。
长期以来，我国的高性能流量比例电磁阀市场被国外公司垄断，国外市场占有率超过了90%。国产比例阀产品急需开展相关技术攻关，突破国外封锁。
近3年，团队重点突破了电磁铁多物理场耦合仿真分析、低功耗比例电-机械转换器多参数设计、软磁合金磁力特性自适应热补偿及高频颤振叠加控制等关键技术，自行研制了针对环保、医疗及半导体制造领域的多款比例电磁阀及控制器，相关参数全面对标并部分超越世界知名企业产品，尤其在磁路构架设计、软磁合金特性调控等方面，达到国际领先水平，具有明显竞争优势。
目前，团队已成立产业化公司，开展比例电磁阀的研发、设计、生产及销售全周期服务，自主研发的多款比例阀产品已完成从实验室样机到产品的转型升级，并实现大规模销售。由于公司产品性能指标优异，客户反馈良好，公司销售业绩快速增长，盈利效应明显。
“左膀右臂” 检验室标本运输机器人
团队负责人：张建明，浙江大学副教授，长期从事嵌入式系统开发、人工智能与机器人等方面的理论与应用研究，已完成863计划重大项目课题1项、国家基金面上项目2项，参与国家基金重点项目、浙江省尖兵领雁研发攻关计划项目和横向课题等多项研究，发表论文100余篇，授权发明专利10余项，曾获中石化工行业科技进步一等奖1项、辽宁省科技进步三等奖1项。
针对医院检验科标本物流运输的机器换人应用场景需求，团队开发的检验室标本运输系统主要包括1台运输机器人、2台专门设计的转接设备和1个机器人云平台，其中转接设备分别安置在护士站标本暂存处和检验科标本接收处，用以实现标本盒的半自动化交接工作。
检验室标本运输机器人
根据医院检验标本的运输任务要求，机器人按照云平台设定的时间计划定时/按需临时启动前往各专科病区执行运输任务；机器人在往返病区护士站和检验中心实验室的过程中可以自主搭乘电梯。
为了将科研成果进行转化与产业化发展，团队与浙江润琛科技有限公司合作成立医院服务机器人联合研发中心，目前已初步建立了产品的分销体系，并与浙江省人民医院、成都市第二人民医院、湖州市中心医院、台州市立医院等国内多家三甲医院就服务机器人在医院场景内的应用有了深度的合作。
值得一提的是，12月中旬，团队还完成了在余姚市人民医院住院部肿瘤科与化验科之间的样本运输试运行，成功助力我市医院数字化转型升级落地落实。
“革故鼎新” 小微注塑机与集成模具产品
团队负责人：许忠斌，浙江大学教授，授权中国发明专利及实用新型专利30余件，获省部级科技进步一等奖3项、二等奖2项和中国产学研合作创新奖。其团队主要围绕小微型注塑成型机械与模具的精密微纳技术和智能化系统，开展交叉研究和产业化应用。研制的系列精密复杂结构的模内集成制造模具、小微注塑成型装备和超精密结构件产品，打破了国内企业长期依赖进口和技术卡脖子的局面，整体技术达到国际先进水平。
小微注塑机是一种高效灵活的塑料零部件制造设备，广泛应用于各类小型和微型精密塑料制品的生产。精密模具是现代制造业中至关重要的设备，广泛应用于生产各种高精度的塑料、金属和复合材料零部件，满足日益增长的市场需求。
小型精密注塑机的产品组装现场
团队研发的小微注塑机与集成模具产品在注塑机技术方面，提出双曲肘五孔斜排式注塑机合模机构创新设计方法，解决了合模机构设计计算复杂和开发效率低的问题；在模具方面，引入复合振动力场，提升聚合物的填充性能，确保塑料均匀、高效地填充模具，进而提高制品的精度和质量。其先进性还体现在能够实时监测聚合物在复杂成型条件下的流动特性，实现对超精密光学光电制品成型过程的质量调控。
目前，团队通过申达机器制造有限公司和拓凌机械有限公司设计并制造了多款精密注塑机、全电动小微注塑机、挤注一体成型机、液电混合注塑机等精密注塑成套装备，机器性能指标和稳定性超国内同类产品，年产注塑机、模具及其配套产品2000余台（套）。团队技术应用于贝隆精密科技有限公司，开发的手机光学摄像组件产品，其性能指标和稳定性超国内外同类产品，在手机摄像组件领域全球排名第一，并逐年上升，经济和社会效益显著。
“举重若轻” “零重力”智能机械电子助力臂
团队负责人：章玮，浙江大学副教授，30年来从事电机领域的教学和科研，完成国家、省部级及企业合作项目50多项，获省级科技进步二等奖，授权并可独立转让发明专利5项，主要专长于永磁同步电机高性能控制策略的研究，永磁同步电机的电磁、振动、噪声的优化设计。
“零重力”智能机械电子助力臂
“零重力”智能机械电子助力臂的应用领域较为广泛，涵盖了工业制造、仓储物流、建筑、科研等领域。
产品的主要特点：一、无极变速，可以实时动态调整内部控制参数，避免了运行过程中速度突变的情况；二、柔顺调速，根据操作人员施加的力调整提升速度，使得速度的变化曲线更加平缓柔顺，并满足不同情况下对快速性和稳定性的要求；三、多种操作模式，提供手柄、悬浮和匀速三种提升模式，满足不同情况下的作业需求；四、运行监测和参数修改，配有控制面板和远程触摸屏，操作人员可以在手柄处修改装置的设置参数，或者直接使用触摸屏修改；五、安全保护，拥有多重安全防护措施，电气方面包括断电防护、过流保护等，软件方面有虚拟限位、超速报警、卸载停止等。
产品现已完成第一阶段研发，第一代样机完成小批量销售试用，客户反馈良好。目前，该项目正在进行第二代样机的研发和试制，优化加工工艺，并准备组建生产线。产品的伺服、传感器、机加件等均有稳定的供应商，保障零部件的质量和成本，同时与3家公司达成销售合作协议，本年度已达到20台产品的销售量，预计明年实现年销售额150万元。
“轻盈敏捷” 一体化机器人关节
团队负责人：赵宸博士在机电一体化和机器人领域控制方向有15年研究经验，掌握运动和驱动控制关键技术，并在市场化应用方面有成熟经验。回国之前，其担任maxon公司的“高级科学家”（maxon公司是小型精密电驱系统和运动控制的全球领导企业，产量和规模多年内一直位于该行业世界第一），这期间在机器人关节、无人机驱动器等百万美金项目中致力于突破机器人关节与无人机驱动器关键技术。此外，赵宸主持、参加过20多项德国和瑞士的国家科研项目，其中之一被瑞士CTI列为“经典成功案例”，项目总金额1800万美元。
一体化机器人关节
随着科学技术的发展，特种和服务机器人已经进入普通百姓的日常生活，如协作机器人、医疗康复机器人、四足机器人，以及近期备受关注的人形机器人。这些机器人/机械臂的运动都离不开作为动力的机器人关节。
为了实现安全的人机以及机器人与环境的接触，新型机器人关节要求结构紧凑、运动精度高、安全可靠，是集成了电机、加速器、传感器及驱动控制器的机器人核心部件，决定着机器人的运动性能。同时，一体化机器人关节还集成了更多的传感器以及计算技术，例如旋转弹簧，既可以在机械臂与人员、环境接触时提供缓冲，也可以通过对弹簧形变的测量，实时获得接触的力和扭矩，从而实现安全的和预想的接触效果。为了提高机器人的整体性能，各关节及机器人中央控制器之间的通信功能也得到了加强，从而实现机器人安全、精确、准时的运动性能。
目前，机器人关节已经开发到第三代样机，驱动控制器已开发第二代且初步满足产业化要求，并可以应用于其他类似的伺服驱动系统。团队开发的一体化机器人关节可以应用于四足机器人等系统。接下来，团队将着重关节设计及控制算法的优化，并进一步完善通信功能、改进生产适应性，以便满足产业化生产的要求。
“手到擒来” 多模态欠驱动两指灵巧手
团队带头人：董会旭，国家级高层次青年人才（海外优青）、浙江大学研究员，研究内容为机器人多模态感知、抓取与灵巧操作规划，机器人手/臂设计与控制。
多模态欠驱动两指灵巧手在强化学习、控制系统、多模态操作等多方面有创新之处，优化了平行抓取及包络抓取效果，改善了传统机械手体积大、结构复杂、抓取形式单一的缺陷，并能在包络模式下完成对大重量异形物体的稳定抓取。
多模态欠驱动两指灵巧手
其先进技术呈现在多个领域：在工业自动化领域，灵巧手可以完成复杂的装配、检测、维护、搬运等任务，其高精度和灵活性使得在狭小空间或复杂环境下的操作成为可能；在医疗康养领域，灵巧手能够辅助医生进行手术操作，提供更加精准和个性化的医疗服务；在人机交互领域，灵巧手可以作为交互工具，帮助学生更直观地理解机械工程和人工智能的原理；在人机协同领域，仿人灵巧手能够代替人类在抢险救援、深海探索、太空探测等高风险环境中执行任务，保障人员安全，提高作业效率。
目前，该款灵巧手已研发128mm抓取尺寸与92mm抓取尺寸两款，并在舜宇、云深处等多家企业得到应用，抓手在机械结构、控制系统、夹取功能三个方面进行了系统的功能验证。
“纤毫毕现” 假睫毛自动化装备
团队带头人：王进，浙江大学教授、浙江省151人才工程第二层次获得者，研究领域为工业机器人。
当今世界，假睫毛产品70%产自中国。该产业主要依靠手工制作，生产效率低下，且精度难以保证，严重制约了产业的发展。浙江大学机器人研究院自动化装备团队研发的假睫毛自动化装备，为该行业提供了自动化解决方案，既提高了生产的灵活性和效率，又降低了人工成本，促进了标准化生产。
假睫毛自动化装备
其先进性体现在，作为比人类头发丝还要细的存在，假睫毛料需要进行整齐排列、切割、点胶等多道工序，难度较大。团队通过机器视觉识别，建立数据大模型，引导执行机构进行假睫毛自动化生产，成功将人工效率提升500%，产量提升200%，不良率由3%减少至1%。
自2022年推出首款自动上卡机以来，团队逐步研发了视觉涂胶机、视觉激光清根机以及视觉涂胶合线机。截至目前，团队已销售各类设备200余台，累计申请发明专利25项，发表软件著作1篇。
“使命必达” 工业智慧物流装备
团队带头人：卢建刚，浙江大学教授，研究领域为工业智能化，研究方向是工业大数据与人工智能、智能控制与工业软件、工业机器人与智慧物流装备，发表论文120余篇、编著1部，授权发明专利88项（美国专利6项），获国家科技进步一等奖1项、瑞士日内瓦国际发明金奖1项、浙江省科技进步二等奖2项。
自动操纵行驶的工业车辆AGV（Automated Guided Vehicle）也称为自动导向车、自动导向搬运车、自动搬运车等，是当前工业智慧物流装备研发与应用的热点。浙江大学机器人研究院工业智慧物流团队研制的工业智慧物流装备系列产品，拥有高精度控制、高可靠定位、高载荷能力、全流程方案等“三高一全”的技术优势。
在高精度控制方面，团队创新智能控制算法，自主学习进化控制器参数，在载荷各异、地面各异、速度各异等不同场景下，实现毫米级高精度AGV控制；在高可靠定位方面，创新SLAM定位算法（即时定位与地图构建算法），实现惯导、里程计、视觉传感器等多传感器的鲁棒融合，实现毫米级高精度AGV定位；在高载荷能力方面，形成1.5吨以下的轻载AGV、3T到10T的重载AGV等系列化产品；在全流程方案方面，具备定制化AGV、智慧立库、智慧物流、自动换模的全流程设计、研发、制造、部署、运维等服务能力。
智能换模型高精重载AGV（样机）
目前，工业智慧物流装备系列产品在产业化推广应用方面已取得显著进展。1.5吨以下的通用型轻载AGV已推广应用百余套；0.5毫米超高精度的智能装配型高精重载AGV已在新材料行业成功应用，填补了行业空白；面向宁波制造业单项冠军注塑机行业对自动换模的迫切需求，智能换模型高精重载AGV样机研制成功，有望为提升我国注塑行业的柔性智造水平作出重要贡献。
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