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        并联机器人可在多领域“显身手”

并联机器人作为机器人家族中的重要成员之一,在许多领域有着极其广泛的应用,比如4D动感影院、飞机驾驶模拟器、太空中两个飞行器的空间对接模拟设备、大型地震模拟台、地铁隧道挖掘用的盾构掘进机、巨型射电望远镜、挖煤用的巨型电铲、微纳米操作机器人等等。这些设备都有着一些共同的特点,比如要求承载能力强、控制精度高、刚度大等,而这恰恰是并联机器人自身所具有的非常明显的优良特性。

虽然并联机器人有如此多的优良品质,然而通过这些产品我们可以明显直观地感到,它们的机构普遍比较复杂,支链、铰链很多,因此并联机器人的设计过程确实不是一项轻松愉快的工作。如何根据并联机器人产品的功能要求来设计出机器人,是近20年来国际上研究的一个热点和难点。

如何根据机器人的功能要求,设计机器人的构型,也就是机器人应该是什么样子的,包括多少个支链、多少个铰链,以及他们之间应该如何连接起来?设计出的机器人性能好坏如何判断,也就是它的性能指标如何定义?机器人的尺寸设计问题(包括各个支链的长度、杆件之间的空间相对关系等等),也就是组成并联机器人的各个部件到底应该多长、各个部件的空间位置如何布置?都是高峰教授课题组需要解决的难题。

“并联机器人”技术取得关键突破

高峰教授课题组提出了表达并联机器人末端特征的GF集(Generalized Function Sets)概念和定义,创立了并联机器人机构的拓扑设计系统理论体系。

课题组还建立了并联机器人机构的性能评价体系,考虑机器人末端的广义线速度和角速度、广义力和力矩、广义线位移刚度和角位移刚度、广义线位移精度和角位移精度等,提出了并联机器人转动移动分离的各项同性评价指标和全域的定量评价模型以及并联机器人输入和输出关联关系的机构可约评价指标体系;

课题组提出了把并联机器人机构实际参数映射为无量纲和相对有限参数的"空间模型"定义,建立了空间模型的数学描述形式;在空间模型上揭示了多种并联机器人全域尺度参数与各种性能之间以图谱集表达的映射规律。

已研发出12种“并联机器人”

利用本成果提出的并联机器人新构型,借助于空间模型上表达的性能与尺度映射关系,创新设计和开发出了巨型重载并联操作机等12 种并联机构构型的新装备样机或产品,获得有关并联机器人的国家授权发明专利35项。本成果为机器人机构优化设计和产品创新提供了有效途径。

高峰教授课题组的这一成果获国内外同行高度评价,单篇论文最高他引209次、SCI他引90次;分别以中、英文形式出版专著2部。本成果为并联机器人机构优化设计和产品创新提供了有效途径。利用本成果创新设计出了12 种并联结构新装备,获国家授权发明专利35 项。