机床加工大标准工件“无能为力”？灵敏的混联机器人来了

项目团队经过20多年的研制，创始了一种由2自由度平面组织、集成铰链和6自由度支链构成的混联加工机器人新组织，打破了国外的专利壁垒，在航天航空、轨道交通、船只制作等范畴具有宽广的运用远景。

看过电影《摩登时代》的人都还记住，喜剧大师卓别林扮演的工人查理每天仅有的使命便是在流水线上重复着相同的作业——扭紧六角螺帽。现在在现代智能制作工厂，查理这种重复性强、学习性弱、危险性高的作业，现已被工业机器人所代替。

用工业机器人代替机床完结高柔性、低成本加工正在成为智能制作配备技能的重要开展趋势。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多年的研制，创始了一种由2自由度平面组织、集成铰链和6自由度支链构成的混联加工机器人新组织，打破了国外的专利壁垒，在航天航空、轨道交通、船只制作等范畴具有宽广的运用远景。日前，“高性能混联加工机器人”技能效果取得天津市技能创造一等奖。该项目还先后获国家创造专利33件、宣布学术论文59篇。

高性能制作急需的中心配备

现在，在轿车、电子、物流等各个工业范畴，咱们常常能看到多关节机械手或多自由度的机器设备，这些都是工业机器人。

“串联机器人呈现时刻早，具有运动灵敏、作业空间大等长处。而并联机器人与串联机器人比较，具有承载才干强、刚度大、精度高、动态特性优等特色。”刘海涛用了个比方来解说，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，由两条手臂共同完结一件事。

串联和并联机器人尽管各有优势，但也都有其下风。“串联机器人是‘孤掌难鸣’，一条手臂负载才干有限，其刚度和精度具有局限性。而并联机器人由所以两只手握在一起，运动灵敏性下降，作业范围变小。”刘海涛介绍，混联机器人在必定的操作空间内具有灵敏多视点的操作，又能确保高速高精度的特性。

混联机器人现在已成为机器人加工技能的一个重要开展方向。一起，由混联机器人构成的机器人化加工配备，也是我国航天航空等要点范畴完结高性能制作急需的中心配备。

2000年头，刘海涛地点课题组便开端投入对混联加工机器人的研讨，此刻我国没有建立起这类机器人体系完好的研制体系，既无老练产品，更无在高端范畴的运用。

市场上，西班牙龙信和瑞典艾克斯康公司出产的混联加工机器人是世界上仅有的两款商业化的产品，经过专利壁垒长时间独霸国际市场。

“运用国外产品价格高，并且整个体系包含工艺流程等都是关闭的，除了维护费用高以外，未来工艺变革等都受到必定约束。”刘海涛说，因而这种局势亟待打破，需求研制、出产我国自主可控的混联加工机器人。

混联加工机器人研制出产难度大

可是混联加工机器人并不是串联和并联机器人的1+1=2，其研制和产业化难度非常大。

首要，最大的难点便是混联加工机器人的构型，也便是骨架的规划，包含铰链类型、数量及其空间安置方式等。“能完结相同运动的构型汗牛充栋，就好比人和鱼的骨架尽管不同，但都能在水里游。”刘海涛说，这么多构型终究只要极少数具有工程实用价值，结构是否简略、受力是否合理、可否低成本制作以及是否便于灵敏布局等都是技能难点。此外，作为一个闭环结构，因为混联加工机器人是多轴联动的，因而怎么完结高精度运动也是一个难点。

“构型尽管有理论办法，可是规划出来的骨架大多数都不适用，没有规则可循，规划需求必定的创意。”刘海涛说，“创意其实也是来源于工程的实践中。”

项目组经过四代工程样机的迭代开发，终究创始了一种由2自由度平面组织、集成铰链和6自由度支链构成的混联加工机器人新组织。一起，经过将机器人学、机床动力学、数字样机技能有机结合，提出了主参数相关规划和层次化规划战略，创造了标准—结构—驱动器集成规划新办法，打破了混联加工机器人动态规划中心技能，确保了机器人兼具优秀的运动灵敏性、静刚度和动态特性。

其次，产品不可能都处于抱负状况，在零部件的加工和安装进程中，都会发生差错影响到精度。因而操控和补偿技能也十分重要，项目组能够经过这项技能调控配备的精度，然后确保机器人结尾的高精度运作。

为了进步机器人的静动态精度，项目组将机器人学、结构动力学、大数据分析有机结合，打破了高速高精度五轴联动操控、位姿差错归纳补偿、滑润与运动平稳轨道规划、高效精准视觉定位等一系列中心关键技能。

最终，从运用的视点来看，混联加工机器人会有许多运用场景。不同的工艺有不同的出产需求，这都需求混联加工机器人和配备相适应。刘海涛举例说，比方铣削加工就有许多工艺参数，包含运用什么样的刀具，用多快的进给速度进行加工，刀具的转速是多少等，而打磨、焊接、抛光等不同的运用也都有各自的工艺要求。

“只要把理论和最终运用需求构成一套完好的体系才干完结产业化。”刘海涛说。

项目组不只处理了混联加工机器人组织立异、规划理论、精度调控中的难题，还打破了加工工艺中的关键环节，打通了从自主规划到工程运用的全链条。混联加工机器人可建立各类适用于铣削、制孔、焊接、抛磨、安装等作业的单机和多机制作体系。

经第三方权威组织检测，项目组研制出产的混联加工机器人性能指标与国外同类产品技能水平适当，完结了从追赶到并跑的技能跨过。

处理我国严重工程中的制作难题

现在，刘海涛项目组开发的以混联加工机器人为中心的全向移动铣削、光学元件超精细抛光、空间型线拌和冲突焊接、轿车模具抛磨等系列新式工艺配备，首先完结了在航天航空、新能源、轿车制作等范畴的工程运用，处理了一批我国严重工程中的制作难题。

刘海涛举例说，传统的机械加工都运用机床，机床加工技能已有百年开展史，技能老练且加工精度高，因而航天范畴许多重要的工件都是由机床加工而成。可是跟着航天制作范畴需求加工的工件标准越来越大，像航天舱、火箭燃料贮箱等，运用机床完结部分加工就有些“无能为力”了。

“占地大、造价高，一起还要确保高精度，对机床加工技能的要求越来越高。并且工件上下机床进程杂乱，导致加工周期长。”刘海涛说，而运用混联加工机器人能够完结原位加工，工件不动，机器人能够灵敏“游走”，还能多机一起进行操作，大大进步了出产功率。一起混联加工机器人还能够与丈量、传感技能集成，真实表现了制作业的“才智”。

据悉，现在“高性能混联加工机器人”效果现已向广州数控等企业施行专利答应2项，取得欧盟CE安全认证并出口英国。

刘海涛表明：“未来，面向我国高端制作范畴对机器人化加工配备的严重需求，项目组将继续深化地展开机器人—测控—工艺体系集成技能研讨，尽力拓宽所研制的混联加工机器人的运用范畴，为提高我国高性能加工机器人的技能水平、推动制作业立异驱动开展供给技能支撑。”