1月11日，記著從上海交通大學得到消息，上海交大機械與動力工程學院高峰教授課題組“并聯(lián)機器人機構(gòu)拓撲與尺度設(shè)計理論”獲得2013年國家自然科學二等獎。
并聯(lián)機器人可在多領(lǐng)域“顯身手”
并聯(lián)機器人作為機器人家族中的重要成員之一，在許多領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用，比如4D動感影院、飛機駕駛模擬器、太空中兩個飛行器的空間對接模擬設(shè)備、大型地震模擬臺、地鐵隧道挖掘用的盾構(gòu)掘進機、巨型射電望遠鏡、挖煤用的巨型電鏟、微納米操作機器人等等。這些設(shè)備都有著一些共同的特點，比如要求承載能力強、控制精度高、剛度大等，而這恰恰是并聯(lián)機器人自身所具有的非常明顯的優(yōu)良特性。
雖然并聯(lián)機器人有如此多的優(yōu)良品質(zhì)，然而通過這些產(chǎn)品我們可以明顯直觀地感到，它們的機構(gòu)普遍比較復雜，支鏈、鉸鏈很多，因此并聯(lián)機器人的設(shè)計過程確實不是一項輕松愉快的工作。如何根據(jù)并聯(lián)機器人產(chǎn)品的功能要求來設(shè)計出機器人，是近20年來國際上研究的一個熱點和難點。
如何根據(jù)機器人的功能要求，設(shè)計機器人的構(gòu)型，也就是機器人應(yīng)該是什么樣子的，包括多少個支鏈、多少個鉸鏈，以及他們之間應(yīng)該如何連接起來？設(shè)計出的機器人性能好壞如何判斷，也就是它的性能指標如何定義？機器人的尺寸設(shè)計問題（包括各個支鏈的長度、桿件之間的空間相對關(guān)系等等），也就是組成并聯(lián)機器人的各個部件到底應(yīng)該多長、各個部件的空間位置如何布置？都是高峰教授課題組需要解決的難題。
“并聯(lián)機器人”技術(shù)取得關(guān)鍵突破
高峰教授課題組提出了表達并聯(lián)機器人末端特征的GF集(Generalized Function Sets)概念和定義，創(chuàng)立了并聯(lián)機器人機構(gòu)的拓撲設(shè)計系統(tǒng)理論體系。
課題組還建立了并聯(lián)機器人機構(gòu)的性能評價體系，考慮機器人末端的廣義線速度和角速度、廣義力和力矩、廣義線位移剛度和角位移剛度、廣義線位移精度和角位移精度等，提出了并聯(lián)機器人轉(zhuǎn)動移動分離的各項同性評價指標和全域的定量評價模型以及并聯(lián)機器人輸入和輸出關(guān)聯(lián)關(guān)系的機構(gòu)可約評價指標體系；
課題組提出了把并聯(lián)機器人機構(gòu)實際參數(shù)映射為無量綱和相對有限參數(shù)的"空間模型"定義，建立了空間模型的數(shù)學描述形式；在空間模型上揭示了多種并聯(lián)機器人全域尺度參數(shù)與各種性能之間以圖譜集表達的映射規(guī)律。
已研發(fā)出12種“并聯(lián)機器人”
利用本成果提出的并聯(lián)機器人新構(gòu)型，借助于空間模型上表達的性能與尺度映射關(guān)系，創(chuàng)新設(shè)計和開發(fā)出了巨型重載并聯(lián)操作機等12 種并聯(lián)機構(gòu)構(gòu)型的新裝備樣機或產(chǎn)品，獲得有關(guān)并聯(lián)機器人的國家授權(quán)發(fā)明專利35項。本成果為機器人機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和產(chǎn)品創(chuàng)新提供了有效途徑。
高峰教授課題組的這一成果獲國內(nèi)外同行高度評價，單篇論文最高他引209次、SCI他引90次；分別以中、英文形式出版專著2部。本成果為并聯(lián)機器人機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和產(chǎn)品創(chuàng)新提供了有效途徑。利用本成果創(chuàng)新設(shè)計出了12 種并聯(lián)結(jié)構(gòu)新裝備，獲國家授權(quán)發(fā)明專利35 項。
