机床加工大尺寸工件力不从心 灵巧的混联机器人来了

经过超过二十年的潜心研发，项目团队成功研发出一种全新混联加工机器人，该机器人由2自由度平面机构、集成铰链和6自由度支链创新组合而成，打破了国外长期以来的专利垄断，为航天航空、轨道交通、船舶制造等领域带来了广阔的应用前景。

在经典电影《摩登时代》中，卓别林饰演的查理在流水线上重复着单调的工作——扭紧六角螺帽。然而在现代智能制造工厂，这样的重复性强、学习性弱、危险性高的工作已经被工业机器人所替代。

刘海涛教授的项目团队在天津大学机械工程学院经过多年的持续努力，创新设计出这种高性能混联加工机器人。这项技术成果最近荣获天津市技术发明一等奖，同时该项目也获得了国家发明专利33件和学术论文59篇的丰硕成果。

工业机器人领域中，串联机器人以其运动灵活、工作空间大的特点早已为人所知。而并联机器人则以其承载能力强、刚度大、精度高、动态特性优等特点受到重视。刘海涛教授用了一个生动的比喻来解释串联和并联机器人的优缺点：串联机器人像是一个灵活的手臂，但孤掌难鸣，负载能力有限；而并联机器人则像是两只手紧握在一起，虽然力量增强但运动灵活性下降。混联机器人在一定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，成为机器人加工技术的重要发展方向。

混联加工机器人是目前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。早在2000年初，刘海涛所在的课题组就开始投入对混联加工机器人的研究。当时我国尚未建立起完整的研发体系，市场上仅有西班牙龙信和瑞典艾克斯康公司生产的商业化产品。应用国外产品价格高昂且系统封闭，不仅维护费用高，未来工艺改革也受到限制。自主研发和生产我国自己的混联加工机器人显得尤为重要。

混联加工机器人的研发和产业化难度非常大。最大的难点在于其构型设计，包括铰链类型、数量及其空间布置形式等。项目组通过四代工程样机的迭代开发，最终首创了一种新型混联加工机器人机构。团队将机器人学、机床动力学、数字样机技术相结合，突破了动态设计核心技术，保证了机器人的运动灵活性、静刚度和动态特性。

除此之外，项目组还注重控制和补偿技术的研发，通过这项技术调控装备的精度，保证机器人末端的高精度运作。这款新型混联加工机器人的成功研发是我国在工业机器人领域的重要突破，对未来智能制造的发展具有重大意义。探索高新领域：混联加工机器人的精确工艺之旅

为了提升机器人的动态与静态精度，一个由专家组成的项目组融合了机器人学、结构动力学以及大数据分析等多个领域的知识。经过不懈努力，他们成功突破了五轴联动高速高精度控制、位姿误差综合补偿、平滑运动轨迹规划以及精准视觉定位等核心技术的壁垒。

混联加工机器人的应用场景广泛，不同的工艺对应不同的生产需求。刘海涛以铣削加工为例，详细解释了这一过程中的诸多工艺参数，包括刀具选择、进给速度、刀具转速等。打磨、焊接、抛光等应用也都有其独特的工艺要求。

刘海涛强调：“只有形成完整的理论体系并满足实际应用需求，才能实现产业化。”项目组不仅在混联加工机器人的机构创新、设计理论、精度调控方面取得了显著成果，还突破了加工工艺中的关键环节，构建了一条从自主设计到工程应用的全链条。这些混联加工机器人可以灵活应用于铣削、制孔、焊接、抛磨、装配等多种作业，并可搭建单机和多机制造系统。

经过第三方权威机构的检测，项目组研发的混联加工机器人性能指标达到了国际先进水平。刘海涛团队开发的混联加工机器人为核心的全向移动铣削、光学元件超精密抛光等系列新型工艺装备，已经成功应用于航天航空、新能源、汽车制造等领域，解决了一批重大工程中的制造难题。

在航天制造领域，由于需要加工的工件尺寸越来越大，传统的机床加工技术面临挑战。刘海涛指出，混联加工机器人可以实现原位加工，大大提高生产效率。它们还可以与测量、传感技术集成，体现出制造业的“智慧”。

目前，“高性能混联加工机器人”已经获得了多项专利许可，包括向广州数控等企业实施的专利许可。该成果还获得了欧盟CE安全认证并出口到英国。

展望未来，刘海涛表示，项目组将继续深入研究机器人-测控-工艺系统集成技术。他们致力于拓展混联加工机器人的应用领域，提升我国高性能加工机器人的技术水平，为制造业的创新驱动发展提供强有力的技术支撑。