一种大型复杂构件加工新模式及新装备探讨

大型复杂构件是航空航天、能源、船舶等领域装备的核心结构件，此类构件通常具有尺寸大、形状复杂、刚性弱等特点。传统“分体离线加工-在线检测”模式存在工艺不稳定、过程复杂、柔性差、周期长等问题，以龙门式多轴数控机床加工为代表的“包容式”加工模式，难以适应大型复杂构件的高效高质量加工制造需求。提出一种基于移动式和吸附式机器人的多机协同原位加工新模式，通过多机器人系统自主寻位、精确定位加工与加工质量原位检测，实现大型复杂构件多安装面并行铣削、制孔与打磨等作业。多机器人系统包括移动式混联机器人、吸附式并联机器人、移动式串联铣削机器人、移动式双臂加工机器人和移动式打磨机器人。构建多机协同原位加工模式，需要揭示多机器人协同原位加工行为与大型弱刚性结构件质量控制的交互机理，面临着本体、测量、工艺和集成四个方面的挑战，需要设计高灵活、高刚度的移动式和吸附式加工机器人，解决移动机器人自主准确寻位和超大结构件原位高精检测难题，攻克加工变形误差在线补偿和振动抑制技术，通过集成实现多机协同高效高精加工，为大型复杂构件的高效高质量制造提供创新技术及装备，并实现此类构件制造核心技术及装备自主可控。     

考虑输入饱和和状态受限的九索并联机构自适应容错控制

针对一种用于月面起飞模拟的九索驱动并联机构,在考虑输入饱和和状态受限的情况下,采用基于反步法的自适应容错控制方法（Adaptive fault tolerant control,AFTC）设计九索并联机构控制器,提升索并联机构在驱动系统故障状态下的运行性能。控制器设计过程中,以乘性误差和加性误差的形式描述驱动系统故障对控制信号的影响,设计带有指令滤波器的辅助系统确保控制信号满足输入饱和条件,采用正切型界限李雅普诺夫方程（Tan-type barrier Lyapunov function,tan-type BLF）设计控制器确保动平台状态满足限制条件。仿真试验表明,基于AFTC方法设计的控制器可以有效辨识控制信号中的乘性误差和加性误差,在考虑输入饱和和状态受限的情况下,位置误差和姿态误差均可以被控制在一定范围内,同时保证控制过程中,九索并联机构索力连续变化且满足索力限制条件。     

并联机器人机构新构型设计的探讨

主要探讨并联机构的新构型,针对现存并联机器人机构的种类,分布特点和技术不足以及应用需求,提出一种新型的把空间移动和转动结合起来的3自由度完全并联机构构型,并分析了它的设计思想,该并联机构可广泛应用在工业机器人,飞行模拟器,微动机器人和并联机床等领域。     

伺服冲床主传动机构构型及运动学优化设计

伺服冲床是一种高速高频高精的新型板材冲压机床,其主传动机构构型、尺寸、性能直接影响冲床的精度、效率、冲压力等主要工作性能参数。通过分析现有机构构型,对伺服冲床主传动机构进行构型设计,并分析两种不同类型的机构特点。总结目标函数法和性能图谱法两种优化方法的特点及适用情况,提出基于目标函数法的冲床主传动机构优化目标函数,并采用两种优化设计方法分别对两类主传动机构进行尺度综合,验证了不同类型机构的特点。该研究对伺服冲床主传动机构构型及优化设计提供了思路及方法。     

铝合金7050-T7451高温高应变率本构方程及修正

通过分离式霍普金森压杆(SHPB)及准静态压缩实验研究铝合金7050-T7451高温高应变率下流变应力特征,利用准静态实验数据获得本构方程应变强化参数,利用SHPB实验数据获得室温下不同应变率(400～2500s-1)的应变率强化参数,以及应变率为2500s-1不同温度下(250～600℃)的热软化参数。利用不同幂次多项式对Johnson-Cook本构方程的热软化项拟合,最终选择五次多项式作为修正后本构方程热软化项。利用修正后本构方程对不同温度条件下应力-应变曲线进行预测,实验数据与预测曲线表现出良好一致性。     

机构与机器人学发展思考

在机器创新发展中,机构与机器人学发挥着举足轻重的作用。随着人类生产生活方式的变革性发展,机构学未来将主要研究和构建行为机构学理论体系,机器人领域则将通过多学科交叉,着重构建和发展共融机器人理论、技术和工程应用体系,为提升国家高端装备设计水平和技术自主可控做出贡献。     

新型力解耦和各向同性机器人六维力传感器

介绍了基于并联 6 -SPS结构的新型机器人六维力与力矩传感器的结构特点 ,并分析计算了其力与应变之间的转换关系及其力各向同性 ,为该六维力与力矩传感器的设计和使用提供了理论依据。分析计算结果表明该传感器是力与力矩解耦和各向同性的。该传感器采用弹性铰链替代球铰 ,具有结构灵巧、工艺性好等优点 ,可应用到机器人手腕、手指和其它使用多维力与力矩传感器的场合。     

行为机构学与高端装备创新设计

近年来,科技的迅猛发展对高端装备以及各类机器的环境适应性、交互能力等提出了更高要求,一类新的机构学研究方向——基于“交互特性”的行为机构学研究呼之欲出且迫在眉睫。在尝试阐述行为机构学内涵的基础上,重点展望行为机构学的6个重点研究方向和两大核心科学问题,其中重点研究方向包括机构与机器的行为学基础与表征方法、适应性机构学理论、超材料/超结构、面向群体/群智行为的机构综合理论与技术、人-机器人共融的机构学基础、面向性能保障与增强的其他行为机构学基础等。通过对航空航天领域复杂加工、太空深海探测等几个典型应用场景的示例枚举,展现行为机构学研究潜在重要的科学与工程价值,行为机构学对高端装备的创新设计和应用可起到重要支撑作用。     

数控机床两种几何误差建模方法有效性试验研究

数控机床在制造行业中有着广泛的应用,数控机床精度对保证被加工零件质量起着关键作用,对机床平动轴几何误差进行补偿是进一步提升数控机床加工精度能力的重要手段。几何误差建模是几何误差补偿的基础,通常采用18项或21项几何误差建模方法,基于这两种建模方法,进行误差检测、辨识与补偿。但这两种建模方法对误差补偿的不同影响还没有系统的验证研究,根据验证结果指导采用更适宜的几何建模方法,对于改善误差补偿效果有着至关重要的意义。通过已经建立的数控机床的两种几何误差建模方法建模,开展了基于这两种误差模型的数控机床平动轴几何误差检测、辨识和补偿的仿真和试验研究,并对这两种误差补偿的有效性进行了系统性的分析比较。试验研究发现,18项几何误差建模方法能够精简地描述三轴数控机床的全几何误差项,21项几何误差建模方法则存在3项冗余角度误差项,造成精度预测模型的准确性降低。当通过建立精度预测模型进行机床空间误差补偿,试验研究发现采用18项几何误差建模方法的误差补偿效果优于采用21项几何误差建模方法的误差补偿效果,即18项几何误差建模方法更适用于三轴数控机床几何误差的软件补偿方法。该研究结论对于进一步提升数控机床加工精度的能力具有理论和实际的指导意义。     

机器人机构CAD的研究

机器人机构参数的优化设计是极其复杂的难题,提出用空间模型理论研究这一难题是一个有效的新方法.基于该理论,建立多种典型的并、串联机器人的空间模型,为基于性能评价指标设计机器人机构提供了一种有效而实用的工具,为实现机器人机构的计算机辅助优化设计提供了新的途径,是研究机器人CAD新方法的基本理论.