《少自由度並在線上構創新與系統集成設計》是依託天津大學，由黃田擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：少自由度並在線上構創新與系統集成設計
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：黃田
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
少自由度並在線上構是國際機構學的研究熱點，在速度、精度、靜動態特性、作業靈活性和可重構性方面具有獨特優勢，以其為主機構的新一代機器人已在航空航天、汽車、能源、電子、食品醫藥等領域得到套用。我國雖在該領域理論研究方面基礎良好，但在真實機構創新和工程設計等方面差距顯著。本項目面向國際機構學前沿和國家發展高端裝備製造業重大需求，研究少自由度並在線上構創新和集成設計理論與方法，發明具有工程實用價值的新機構，提出可指導拓撲結構優選和參數最佳化設計的性能評價指標體系，掌握4自由度高速並在線上器人和5自由度高剛度混在線上器人兩種真實產品的設計方法與流程，搭建數字樣機集成設計平台和零部件性能測試系統，開發一台大型結構件加工/裝配用5自由度高剛度混在線上器人樣機，形成以機構學基礎理論研究與機械產品工程設計緊密結合為特色的少自由度並在線上構創新與集成設計體系，為我國新型機器人自主創新與工程設計奠定理論與技術基礎。
結題摘要
少自由度並在線上構是國際機器人機構學的研究熱點，以其為主機構的機器人化作業裝備在速度、精度、剛度、動態特性、可重構性等方面具有獨特的優勢，在航天航空、汽車、能源、電子、食品、醫藥等領域有著非常廣闊的套用前景。項目團隊在黃田教授帶領下依託國家自然科學基金重點項目，圍繞“少自由度並在線上構創新設計和系統集成”的共性和關鍵科學問題，在基礎理論，設計工具、樣機研製、工程套用取得了如下成果： 提出將機構自由度和約束表述相應維數線簇的圖線法，建立了一套簡潔直觀的構型綜合方法，發明了多種具有實用價值的並在線上構新構型。採用對偶空間理論，揭示出少自由度運動鏈力與微小位移旋量子空間的內在聯繫，提出採用歸一化互易積度量奇異位形及運動學性能的新方法，建立了少自由度並在線上構力與運動性能評價的理論體系。提出並在線上構數位化集成設計平台體系架構，開發出集骨架快速建模、運動學分析於一體的概念設計系統，以及可實現靜力學、剛體和彈性動力學性能全域快速預估的詳細設計系統，形成了支持並聯構型裝備數位化設計的重要軟體工具。提出高速並在線上構動力尺度綜合新方法，實現了尺度-結構-驅動器參數的集成設計，開發出達到國際先進水平的產品樣機；提出基於靜剛度約束的5自由度混在線上構輕量化設計方法，開發出高性能機器人工作站。利用項目成果研製的高速並在線上器人已在我國食品、醫藥等行業自動化生產線上得到規模套用，高性能混在線上器人工作站已在大口徑非球面光學器件精密拋光中得到套用，為國家重大科學工程關鍵部件研製提供了核心裝備。 項目研究成果獲國家技術發明二等獎1項，省部級技術發明一等獎2項、二等獎1項。培養國家傑青2人，優青1人，“長江學者”特聘教授1人，“萬人計畫”領軍人才1人，德國洪堡學者2人，碩/博士研究生28人。出版/參編學術專著/手冊4部，發表學術論文56篇，其中SCI檢索論文34篇，EI檢索論文12篇。授權/公開國家發明專利21件，軟體著作權3件。主辦ReMAR 2012，Parallel 2014，IFToMM-Asian 2014等重要國際會議4次，邀請國內外專家講學12次，派成員出國交流進修14次，應邀作國際會議大會報告7次。
