并联机器人|机床加工大尺寸工件“力不从心”？灵巧的混联机器人来了机器人|机床|铰链|航天航空

项目团队经过20多年的研发，首创了一种由2自由度平面机构、集成铰链和6自由度支链构成的混联加工机器人新机构，打破了国外的专利壁垒，在航天航空、轨道交通、船舶制造等领域具有广阔的应用前景。
看过电影《摩登时代》的人都还记得，喜剧大师卓别林饰演的工人查理每天唯一的任务就是在流水线上重复着同样的工作——扭紧六角螺帽。如今在现代智能制造工厂，查理这种重复性强、学习性弱、危险性高的工作，已经被工业机器人所取代。
用工业机器人替代机床实现高柔性、低成本加工正在成为智能制造装备技术的重要发展趋势。天津大学机械工程学院机械系教授刘海涛项目团队经过20多年的研发，首创了一种由2自由度平面机构、集成铰链和6自由度支链构成的混联加工机器人新机构，打破了国外的专利壁垒，在航天航空、轨道交通、船舶制造等领域具有广阔的应用前景。日前， “高性能混联加工机器人”技术成果获得天津市技术发明一等奖。该项目还先后获国家发明专利33件、发表学术论文59篇。
高性能制造急需的核心装备
如今，在汽车、电子、物流等各个工业领域，我们经常能看到多关节机械手或多自由度的机器装置，这些都是工业机器人。
“串联机器人出现时间早，具有运动灵活、工作空间大等优点。而并联机器人与串联机器人相比，具有承载能力强、刚度大、精度高、动态特性优等特点。 ”刘海涛用了个比喻来解释，串联机器人就像一个手臂，由各个关节串联在一起。而并联机器人是一个闭环结构，就像把两只手握在一起，由两条手臂共同完成一件事。
串联和并联机器人虽然各有优势，但也都有其劣势。 “串联机器人是‘孤掌难鸣’ ，一条手臂负载能力有限，其刚度和精度具有局限性。而并联机器人由于是两只手握在一起，运动灵活性下降，工作范围变小。 ”刘海涛介绍，混联机器人在一定的操作空间内拥有灵活多角度的操作，又能保证高速高精度的特性。
混联机器人目前已成为机器人加工技术的一个重要发展方向。同时，由混联机器人构成的机器人化加工装备（以下简称混联加工机器人），也是我国航天航空等重点领域实现高性能制造急需的核心装备。
2000年初，刘海涛所在课题组便开始投入对混联加工机器人的研究，此时我国尚未建立起这类机器人系统完整的研发体系，既无成熟产品，更无在高端领域的应用。
市场上，西班牙龙信和瑞典艾克斯康公司生产的混联加工机器人是世界上仅有的两款商业化的产品，通过专利壁垒长期独霸国际市场。
“应用国外产品价格高，而且整个系统包括工艺流程等都是封闭的，除了维护费用高以外，未来工艺改革等都受到一定限制。 ”刘海涛说，因此这种局面亟待突破，需要研发、生产我国自主可控的混联加工机器人。
混联加工机器人研发生产难度大
然而混联加工机器人并不是串联和并联机器人的1+1=2 ，其研发和产业化难度非常大。
首先，最大的难点就是混联加工机器人的构型，也就是骨架的设计，包括铰链类型、数量及其空间布置形式等。 “能实现同样运动的构型浩如烟海，就好比人和鱼的骨架虽然不同，但都能在水里游。 ”刘海涛说，这么多构型最终只有极少数具有工程实用价值，结构是否简单、受力是否合理、可否低成本制造以及是否便于灵活布局等都是技术难点。此外，作为一个闭环结构，由于混联加工机器人是多轴联动的，因此如何实现高精度运动也是一个难点。

并联机器人|机床加工大尺寸工件“力不从心”？ 灵巧的混联机器人来了

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