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標(biāo)題: 機(jī)床加工大尺寸工件“力不從心”,?靈巧的混聯(lián)機(jī)器人來了 [打印本頁]

作者: xbq1013    時(shí)間: 2022-5-26 09:55
標(biāo)題: 機(jī)床加工大尺寸工件“力不從心”?靈巧的混聯(lián)機(jī)器人來了
機(jī)床加工大尺寸工件“力不從心”,? 靈巧的混聯(lián)機(jī)器人來了

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)經(jīng)過20多年的研發(fā),,首創(chuàng)了一種由2自由度平面機(jī)構(gòu)、集成鉸鏈和6自由度支鏈構(gòu)成的混聯(lián)加工機(jī)器人新機(jī)構(gòu),,打破了國外的專利壁壘,,在航天航空、軌道交通,、船舶制造等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,。

看過電影《摩登時(shí)代》的人都還記得,喜劇大師卓別林飾演的工人查理每天唯一的任務(wù)就是在流水線上重復(fù)著同樣的工作——扭緊六角螺帽,。如今在現(xiàn)代智能制造工廠,,查理這種重復(fù)性強(qiáng)、學(xué)習(xí)性弱,、危險(xiǎn)性高的工作,,已經(jīng)被工業(yè)機(jī)器人所取代。

用工業(yè)機(jī)器人替代機(jī)床實(shí)現(xiàn)高柔性,、低成本加工正在成為智能制造裝備技術(shù)的重要發(fā)展趨勢,。天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械系教授劉海濤項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)經(jīng)過20多年的研發(fā),首創(chuàng)了一種由2自由度平面機(jī)構(gòu),、集成鉸鏈和6自由度支鏈構(gòu)成的混聯(lián)加工機(jī)器人新機(jī)構(gòu),,打破了國外的專利壁壘,在航天航空、軌道交通,、船舶制造等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,。日前,“高性能混聯(lián)加工機(jī)器人”技術(shù)成果獲得天津市技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng),。該項(xiàng)目還先后獲國家發(fā)明專利33件,、發(fā)表學(xué)術(shù)論文59篇。

高性能制造急需的核心裝備

如今,,在汽車,、電子,、物流等各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域,,我們經(jīng)常能看到多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置,這些都是工業(yè)機(jī)器人,。

“串聯(lián)機(jī)器人出現(xiàn)時(shí)間早,,具有運(yùn)動(dòng)靈活、工作空間大等優(yōu)點(diǎn),。而并聯(lián)機(jī)器人與串聯(lián)機(jī)器人相比,,具有承載能力強(qiáng)、剛度大,、精度高,、動(dòng)態(tài)特性優(yōu)等特點(diǎn)�,!眲⒑昧藗(gè)比喻來解釋,,串聯(lián)機(jī)器人就像一個(gè)手臂,由各個(gè)關(guān)節(jié)串聯(lián)在一起,。而并聯(lián)機(jī)器人是一個(gè)閉環(huán)結(jié)構(gòu),,就像把兩只手握在一起,由兩條手臂共同完成一件事,。

串聯(lián)和并聯(lián)機(jī)器人雖然各有優(yōu)勢,,但也都有其劣勢�,!按�(lián)機(jī)器人是‘孤掌難鳴’,,一條手臂負(fù)載能力有限,其剛度和精度具有局限性,。而并聯(lián)機(jī)器人由于是兩只手握在一起,,運(yùn)動(dòng)靈活性下降,工作范圍變小,�,!眲⒑榻B,混聯(lián)機(jī)器人在一定的操作空間內(nèi)擁有靈活多角度的操作,又能保證高速高精度的特性,。

混聯(lián)機(jī)器人目前已成為機(jī)器人加工技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向,。同時(shí),由混聯(lián)機(jī)器人構(gòu)成的機(jī)器人化加工裝備(以下簡稱混聯(lián)加工機(jī)器人),,也是我國航天航空等重點(diǎn)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高性能制造急需的核心裝備,。

2000年初,劉海濤所在課題組便開始投入對(duì)混聯(lián)加工機(jī)器人的研究,,此時(shí)我國尚未建立起這類機(jī)器人系統(tǒng)完整的研發(fā)體系,,既無成熟產(chǎn)品,更無在高端領(lǐng)域的應(yīng)用,。

市場上,,西班牙龍信和瑞典艾克斯康公司生產(chǎn)的混聯(lián)加工機(jī)器人是世界上僅有的兩款商業(yè)化的產(chǎn)品,通過專利壁壘長期獨(dú)霸國際市場,。

“應(yīng)用國外產(chǎn)品價(jià)格高,,而且整個(gè)系統(tǒng)包括工藝流程等都是封閉的,除了維護(hù)費(fèi)用高以外,,未來工藝改革等都受到一定限制,。”劉海濤說,,因此這種局面亟待突破,,需要研發(fā)、生產(chǎn)我國自主可控的混聯(lián)加工機(jī)器人,。

混聯(lián)加工機(jī)器人研發(fā)生產(chǎn)難度大

然而混聯(lián)加工機(jī)器人并不是串聯(lián)和并聯(lián)機(jī)器人的1+1=2,,其研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化難度非常大。

首先,,最大的難點(diǎn)就是混聯(lián)加工機(jī)器人的構(gòu)型,,也就是骨架的設(shè)計(jì),包括鉸鏈類型,、數(shù)量及其空間布置形式等,。“能實(shí)現(xiàn)同樣運(yùn)動(dòng)的構(gòu)型浩如煙海,,就好比人和魚的骨架雖然不同,,但都能在水里游�,!眲⒑f,,這么多構(gòu)型最終只有極少數(shù)具有工程實(shí)用價(jià)值,結(jié)構(gòu)是否簡單,、受力是否合理,、可否低成本制造以及是否便于靈活布局等都是技術(shù)難點(diǎn),。此外,作為一個(gè)閉環(huán)結(jié)構(gòu),,由于混聯(lián)加工機(jī)器人是多軸聯(lián)動(dòng)的,,因此如何實(shí)現(xiàn)高精度運(yùn)動(dòng)也是一個(gè)難點(diǎn)。

“構(gòu)型雖然有理論方法,,但是設(shè)計(jì)出來的骨架大多數(shù)都不適用,,沒有規(guī)律可循,設(shè)計(jì)需要一定的靈感,�,!眲⒑f,“靈感其實(shí)也是來源于工程的實(shí)踐中,�,!�

項(xiàng)目組通過四代工程樣機(jī)的迭代開發(fā),最終首創(chuàng)了一種由2自由度平面機(jī)構(gòu),、集成鉸鏈和6自由度支鏈構(gòu)成的混聯(lián)加工機(jī)器人新機(jī)構(gòu),。同時(shí),,通過將機(jī)器人學(xué),、機(jī)床動(dòng)力學(xué)、數(shù)字樣機(jī)技術(shù)有機(jī)結(jié)合,,提出了主參數(shù)關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)和層次化設(shè)計(jì)策略,,發(fā)明了尺度—結(jié)構(gòu)—驅(qū)動(dòng)器集成設(shè)計(jì)新方法,突破了混聯(lián)加工機(jī)器人動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)核心技術(shù),,保證了機(jī)器人兼具優(yōu)良的運(yùn)動(dòng)靈活性,、靜剛度和動(dòng)態(tài)特性。

其次,,產(chǎn)品不可能都處于理想狀態(tài),,在零部件的加工和裝配過程中,都會(huì)產(chǎn)生誤差影響到精度,。因此控制和補(bǔ)償技術(shù)也十分重要,,項(xiàng)目組可以通過這項(xiàng)技術(shù)調(diào)控裝備的精度,從而保證機(jī)器人末端的高精度運(yùn)作,。

為了提高機(jī)器人的靜動(dòng)態(tài)精度,,項(xiàng)目組將機(jī)器人學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué),、大數(shù)據(jù)分析有機(jī)結(jié)合,,突破了高速高精度五軸聯(lián)動(dòng)控制、位姿誤差綜合補(bǔ)償,、平滑與運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)軌跡規(guī)劃,、高效精準(zhǔn)視覺定位等一系列核心關(guān)鍵技術(shù)。

最后,從應(yīng)用的角度來看,,混聯(lián)加工機(jī)器人會(huì)有很多應(yīng)用場景,。不同的工藝有不同的生產(chǎn)需求,這都需要混聯(lián)加工機(jī)器人和裝備相適應(yīng),。劉海濤舉例說,,比如銑削加工就有很多工藝參數(shù),包括使用什么樣的刀具,,用多快的進(jìn)給速度進(jìn)行加工,,刀具的轉(zhuǎn)速是多少等,而打磨,、焊接,、拋光等不同的應(yīng)用也都有各自的工藝要求。

“只有把理論和最后應(yīng)用需要形成一套完整的體系才能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,�,!眲⒑f。

項(xiàng)目組不僅解決了混聯(lián)加工機(jī)器人機(jī)構(gòu)創(chuàng)新,、設(shè)計(jì)理論,、精度調(diào)控中的難題,還突破了加工工藝中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),,打通了從自主設(shè)計(jì)到工程應(yīng)用的全鏈條,。混聯(lián)加工機(jī)器人可搭建各類適用于銑削,、制孔,、焊接、拋磨,、裝配等作業(yè)的單機(jī)和多機(jī)制造系統(tǒng),。

經(jīng)第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測,項(xiàng)目組研發(fā)生產(chǎn)的混聯(lián)加工機(jī)器人性能指標(biāo)與國外同類產(chǎn)品技術(shù)水平相當(dāng),,實(shí)現(xiàn)了從追趕到并跑的技術(shù)跨越,。

解決我國重大工程中的制造難題

目前,劉海濤項(xiàng)目組開發(fā)的以混聯(lián)加工機(jī)器人為核心的全向移動(dòng)銑削,、光學(xué)元件超精密拋光,、空間型線攪拌摩擦焊接、汽車模具拋磨等系列新型工藝裝備,,率先實(shí)現(xiàn)了在航天航空,、新能源、汽車制造等領(lǐng)域的工程應(yīng)用,,解決了一批我國重大工程中的制造難題,。

劉海濤舉例說,,傳統(tǒng)的機(jī)械加工都使用機(jī)床,機(jī)床加工技術(shù)已有百年發(fā)展史,,技術(shù)成熟且加工精度高,,因此航天領(lǐng)域很多重要的工件都是由機(jī)床加工而成。然而隨著航天制造領(lǐng)域需要加工的工件尺寸越來越大,,像航天艙,、火箭燃料貯箱等,使用機(jī)床完成局部加工就有些“力不從心”了,。

“占地大,、造價(jià)高,同時(shí)還要保證高精度,,對(duì)機(jī)床加工技術(shù)的要求越來越高,。而且工件上下機(jī)床過程復(fù)雜,導(dǎo)致加工周期長,�,!眲⒑f,而使用混聯(lián)加工機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)原位加工,,工件不動(dòng),,機(jī)器人可以靈活“游走”,還能多機(jī)同時(shí)進(jìn)行操作,,大大提高了生產(chǎn)效率,。同時(shí)混聯(lián)加工機(jī)器人還可以與測量、傳感技術(shù)集成,,真正體現(xiàn)了制造業(yè)的“智慧”。

據(jù)悉,,目前“高性能混聯(lián)加工機(jī)器人”成果已經(jīng)向廣州數(shù)控等企業(yè)實(shí)施專利許可2項(xiàng),,獲得歐盟CE安全認(rèn)證并出口英國。

劉海濤表示:“未來,,面向我國高端制造領(lǐng)域?qū)C(jī)器人化加工裝備的重大需求,,項(xiàng)目組將持續(xù)深入地開展機(jī)器人—測控—工藝系統(tǒng)集成技術(shù)研究,努力拓展所研發(fā)的混聯(lián)加工機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域,,為提升我國高性能加工機(jī)器人的技術(shù)水平,、推進(jìn)制造業(yè)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展提供技術(shù)支撐�,!�


作者: 大白小白    時(shí)間: 2022-5-26 10:25
大家來看看,,這個(gè)機(jī)器人如何?
作者: hellodaniu    時(shí)間: 2022-5-26 12:27
大白小白 發(fā)表于 2022-5-26 10:25
大家來看看,,這個(gè)機(jī)器人如何,?

好高端

作者: 大白小白    時(shí)間: 2022-5-26 12:46
hellodaniu 發(fā)表于 2022-5-26 12:27
好高端

我怎么覺得,,沒卵用。

作者: 非常    時(shí)間: 2022-5-26 13:30
好像看到過 俄羅斯 有這種項(xiàng)目的,。
作者: 斯文棒棒    時(shí)間: 2022-5-26 13:41
加工精度幾何,?0.1mm?
作者: 譬如朝露    時(shí)間: 2022-5-26 15:47
看了半天,不明所以,。以前沒混聯(lián)機(jī)構(gòu)么,?
作者: hellodaniu    時(shí)間: 2022-5-26 19:14
大白小白 發(fā)表于 2022-5-26 12:46
我怎么覺得,沒卵用,。

好像可以用來靈活的戳屁股,。





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