万吨部件毫米级对接，这套智能系统获上海技术发明特等奖

如何加速大型船舶与运载火箭的部件建造进程？“积木式”分段建造并最后组装，已成为行业共识。毫米获上海技然而，对接套面对近百米长、系统重达万吨的明特巨型部件，传统的等奖组装方式面临巨大挑战：部件上上千根“定位销”必须精准插入对应的“销孔”中。这种极端的部件对接精度要求，对抬升能力、毫米获上海技位置微调及最终对接技术提出了近乎苛刻的对接套标准。

船舶巨型总段自动对接系统（本文图片均为受访团队供图）

过去，系统这一过程依赖经验丰富的明特技师手工试错，效率低下且精度难以保障。等奖上海交通大学机械与动力工程学院王皓教授领衔的部件团队，历经十余年技术攻关，毫米获上海技研发出一套一体化智能对接系统。对接套该系统成功突破了船舶与航天领域的“极限难题”，并于2026年7月2日荣获2025年度上海市技术发明特等奖。

十余载攻坚，赋能“国之重器”

当前，我国造船业占据全球近七成订单，新型及高附加值船舶批量交付；航天领域运载火箭年发射需求接近百发。在需求井喷的背景下，缩短建造周期成为关键。

目前，船舶与航天领域普遍采用模块化“分体建造”模式。这一模式不仅通过并行分段建造提升了效率，还避免了传统塔式建造长期占用大型船坞的问题，提高了船坞利用率；对于火箭而言，分段运输至发射场组装降低了物流难度。

然而，“分体建造”后的智能对接仍是难点。人工对接耗时漫长，而智能化改造同样面临巨大挑战。对接精度要求极高，研究团队形象地比喻道：这相当于将整栋上海大剧院吊起，落位偏差不得超过一枚硬币的厚度。

研究团队讨论火箭总装对接方案

为此，团队开创了大型部件“标定—匹配—调姿”一体化高效对接装配技术，研制出集“高精度标定、多特征匹配、自动化调姿”于一体的系列成套装备。新装备首次实现了“感知—决策—执行”的智能对接闭环，使机器具备自主“看”、自动“算”、自主“调”的能力。对接周期从原先的超过一周缩短至半天，效率提升十倍，这背后是团队十余年的刻苦钻研。

• 2009年：团队建成首个大部件对接实验平台。
• 2012年左右：开始与航天领域开展合作。
• 2016年：该技术应用于新一代大型运载火箭，首次在“国之重器”上得到验证。
• 2017年后：与江南造船厂合作，将技术拓展至船舶领域，赋能多种高新船舶建造。

王皓教授表示，该技术已广泛应用于我国多艘高新船舶的巨型总段对接及新一代运载火箭舱段总装，显著提升了总装效率。他强调：“获奖不是终点，而是起点。”未来，技术将面向更多新型船舶、更大尺度火箭立姿对接及可回收火箭捕捉对接等场景，持续赋能高端装备制造。

基础研究开路，攻克三大核心难题

该技术的核心突破在于解决了三大难题：精度标定、特征识别、形变控制。

1. 精度标定：破解并联构型误差耦合难题

大型部件对接需依靠上百台定位机器人协同作业（并联构型调姿装备），如同“百人抬轿”。必须精准识别每个“轿夫”的相对位置及每条支链轴线。对于近百米长的部件，轴线角度仅0.01度的偏差，就可能导致末端厘米级的误差。

这指向了机器人学界长期未解的经典难题：如何揭示并联构型调姿装备中误差参数的耦合特性，建立反映误差传递本质规律的映射模型。

冗余驱动并联定位装备

团队另辟蹊径，构建了并联构型定位装备精度标定的独立完备理论体系：
* 首创独立性判别方法：提出与运动机构操作位形无关的误差参数独立性判别方法，攻克了参数可辨识性理论难题。
* 建立解析消元算法：通过层次化解析消元算法，系统剔除了全部冗余误差参数。

这一基础研究为各类大型调姿装备的定位精度提供了跨越式提升的理论支撑。

2. 特征识别：微小特征的大场景精准定位

对接端面包含近千个指甲盖大小的微小对接特征，其投影面积不足端面的百万分之一。实现这些微小特征的完全准确对应，是一大挑战。

对接特征精确识别

团队创新研发了大场景点云小尺寸特征分割技术：
* 有效区分噪声：成功区分微小特征与环境噪声，实现快速识别与精确定位，大幅提升识别效率。
* 多特征匹配评价：搭建兼顾整体轮廓与局部细节的多特征对接匹配评价体系，科学测算并锁定最佳对接位姿。

3. 形变控制：主动调控抵消结构变形

在调姿过程中，部件易出现扭曲、外翻等变形。为实现高效对接，需实时感知构件形变，主动调整姿态以抵消变形误差。

团队建立了载荷分布与结构变形的双向映射模型，实现了从部件结构变形到装备调控方案的逆向求解。这套大型部件结构变形主动调控技术，确保万吨级庞然大物即便发生形变，也能完成特征精准匹配，实现柔性、高效、精密的调姿作业。

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