研究方向

精密工程研究中心的主要研究方向:

主要研究項目有:

   (1)基于高压水射流的船舶除鏽爬壁機器人

簡介:

船舶除鏽清洗是造船的重要環節,是修船的關鍵組成部分。目前,國內各大修船企業普遍采用人工幹氣噴砂除鏽,存在除鏽成本高、嚴重汙染空氣和水體以及危害工人健康等弊端。世界上大部分發達國家己經禁止在敞開環境下使用幹氣噴砂除鏽。我國正在構建以人爲本的和諧社會,對嚴重汙染環境型企業加大了整治力度。因此,如何在完成船舶除鏽的同時,又不危害工人的健康,汙染環境,這是需要迫切解決的問題。本研究提出基于高壓水射流技術的船舶除鏽清洗爬壁機器人自動化成套裝備技術,將高壓水射流除鏽、真空系統抽幹並排渣和爬壁機器人執行除鏽作業三者成套設計于一體。利用高壓水射流對船體除鏽,對環境無任何汙染,采用真空抽幹水分並回收鏽渣來防止返鏽,應用大負載爬壁機器人來搭載除鏽清洗器進行遙控作業,操作安全可靠,實現船舶的綠色、高效、高質量除鏽清洗。

目標:

?  研究高压水射流除锈的机理和工艺,建立高压水射流除锈模型并以实验验证其理论模型;

?  设计并制作一套基于高压水射流的船舶除鏽爬壁機器人成套装备样机;

?  在合作企业实现示范应用。

優點:

?  绿色环保,无污染;

?  除锈成本低,仅为原来的40%左右;

  除锈效率高,可达50m2/h以上,为单个工人的6倍以上;

船舶除鏽爬壁機器人


(2)金屬板材沖壓式無模漸進成形技術

  为满足小批量生产和样品制造,我们提出一种金属板材无模渐进成形技术,其工作原理:首先导入设计好的最终零件的三维CAD模型,然后按给定的层间距将CAD模型分层切片,将三维CAD模型离散成一系列的二维曲线,最后压力机上的球形小冲头沿每个片层的外轮廓线连续冲击金属板材,通过一系列的局部小变形来完成整个零件的加工,整个成形过程都由压力机的数控系统自动完成。该技术实现了钣金零件的无模成形,与传统的整体成形模具相比,节省巨额制造模具的费用,将快速原型制造技术与塑性成形技术有机结合,产品制作周期短,易于修改,非常适合小批量、多样化、复杂板件的生产和试制,特别是对一些新产品的开发具有巨大的经济价值,具有实用性。

無模單點沖壓式漸進成形樣機及成形樣件


(3)金屬板材高壓水射流柔性漸進成形技術

針對小批量生産和樣品制造,我們還提出一種高壓水射流板材無模漸進成形技術,它是在板材漸進成形技術基礎上結合高壓水射流技術而發展起來的一種新技術,它的核心思想是用具有一定壓力的水射流替代漸進成形的金屬工具頭,用水通過高壓泵,經噴嘴將高壓水噴射到板材上,水的動能轉化爲作用于板材的壓力能,使板材産生局部塑性變形。在計算機控制下高壓水噴嘴沿規劃路徑運動,完成層層加工,直至最終成形。高壓水射流漸進成形技術爲加工金屬板材提供了一種新的方法,無需模具,非常適合小批量零件加工和新産品樣機研制。同時,其加工時接觸的界面是液體—固體,摩擦小無須潤滑,接觸面上壓力分布更加均勻,零件表面質量好,高柔性,高效率,綠色環保。


五軸高壓水射流漸進成形樣機



加工的不鏽鋼樣件及波紋管樣件

   

    (4)高强度高性能金属蜂窝成形工艺及装备

    高速列车铝蜂窝吸能器是高速列车被动安全防护技术的核心,是保证乘客免受重大灾害的终极安全卫士,然而我国目前还没有掌握高速列车用高强度、高性能铝蜂窝吸能器的制造工艺,因此开展高速列车铝蜂窝吸能器的研究具有重要的科学意义,重大的现实意义和工程实用价值。本项目基于成型法加工金属蜂窝芯的工艺,研制一套自动化加工成套装备,所研制的高強度鋁蜂窩吸能器装备主要由四大模块组成,铝箔表面处理模块、铝箔成型模块、铝箔涂胶模块、铝箔叠加模块,通过对各个模块的分析与设计,最终实现金属蜂窝芯研制。   


高強度鋁蜂窩成套裝備工程樣機



研制的高強度鋁蜂窩

   

   

    (5)规则多孔金属材料制备工艺

    规则多孔金属材料的制备工艺及其相关力学性能是本项目的主要研究内容。目前多孔金属材料主要通过发泡法或金属粉末烧结法制造,但这两种方法只适用于泡沫金属(非规则多孔材料)。而对于规则多孔金属材料,主要通过选择性激光烧结和脱模铸造的方法制造。这些方法工艺复杂、成本高。本项目提出一种新的规则多孔金属的制备方法,即:先采用传统金属板材冲压成形加工(冲裁和折弯等)的方式制成单个单元胞体,然后再将单个单元胞体拼接成规则多孔金属材料的整体结构。项目还将通过数值模拟和实验测试探讨结构的力学性能。

利用金屬板材成形技術制作單元體



單元體的樣件及組裝好的規則多孔金屬結構組件

   

    (6) 基于嵌入式运动控制系统的关节式机器人

    基于嵌入式运动控制系统,研制四轴SCARA机器人和六轴关节式机器人。四轴SCARA机器人要求重复定位精度优于0.05mm,运动速度大于1.5米/秒,六轴关节式机器人重复定位精度优于0.08mm,运动速度大于2米/秒。

    已经研制出四轴和六轴机器人如图所示。样机运行稳定,定位精确,用户可自定义IO,实现多种运动轨迹的实时切换。对机器人机构学、运动学和动力学建模、运动插补算法、机器人运动控制系统等领域进行深入研究,完成了四轴和六轴机器人样机的研制,并在深圳高交会上进行展示,取得了良好的效果。

四轴SCARA机器人            六轴关节式机器人

    

      传统的人工打磨抛光方式:效率低、产品质量一致性差,而且打磨车间粉尘多,环境恶劣,存在较大的安全隐患对人体也十分有害。近年来随着企业招工难,人力成本不断增加,企业生产模式转型升级等,迫切需要自动化的抛光打磨设备,以降低企业成本、提高企业市场竞争力。为此我们设计并研制了一套抛光打磨机器人系统,该系统由工业机器人、力检测补偿装置、砂带机、布轮机等组成,通过设计合适的夹具夹持工件可以实现水龙头、门把手等复杂曲面的打磨抛光。该套打磨系统已经应用于相关企业,下一步我们还将设计实现针对运动器械、眼镜架等复杂物体的打磨抛光系统,推动传统抛光打磨企业向自动化、智能化的模式转变。


打磨抛光機器人系統與打磨工件

   

    (7)工业机器人关节RV减速器精密行星传动研究

    簡介:

    关节减速器是工业机器人的关键零部件之一,其中RV减速器是关节减速器中使用最广泛的一种传动结构。目前RV减速器市场几乎完全被日系企业垄断,国内厂商产品可靠性与其仍有较大差距,且受限于良品率等因素在产品价格上也缺乏竞争力。通过建立RV减速器传动性能影响因素的多参数模型,分析各设计、加工参数对RV减速器整机传动精度等性能参数的影响规律,从而科学合理的制定优化的设计及加工制造工艺。探索RV减速器这种传动形式的内在科学规律,并形成对实际生产具有参考价值的工艺信息。 

      

傳統及新型無針齒RV減速器樣機內部結構


    (8)微型光谱传感与成像技术

    人类借助光认知世界主要有两种方式,一是光学成像,二是光谱分析。光学成像可以看到物体的形状、尺寸等外在信息;光谱分析可以获得物质成分信息,帮助看清事物的本质。检测光谱最方便的设备就是光谱仪,光谱仪从最初的实验室应用逐渐向便携式的工业级、甚至消费级应用发展,体积越来越小,应用越来越广泛。
    项目组主要进行MEMS光谱器件及微型光谱模块的研究,我们已研制了多种微型光谱仪,并结合成像技术研究了光谱成像系统。主要研究内容包括:
    基于MEMS技术的微型光学器件的设计与制作;
    光机系统的设计与分析;
    微型光谱系统的应用研究。  


系統樣機

   

    基于微型光谱传感模块,我们已成功研制了若干台無線多功能全譜食品檢測儀,该仪器已取得广东省计量院校正证书,并在贵州等地试用。


無線多功能全譜食品檢測儀

   

    (9)多维力传感与控制

    当今工业机器人在加工制造业领域的应用已成为发展的趋向,工业机器人上有很多力控制的场合,比如抓取、人机协同作业的力反馈、抛光打磨等。工业机器人和力传感装置组成的系统能够实现智能自动化的控制,不仅可以大大提高工作效率,也能得到更高的加工质量和精度,还可以降低企业的生产成本。


打磨抛光机器人                         多维力/力矩传感器

    

    我们主要针对力传感器的性能进行深入研究,并且开发一套力反馈控制算法,并用于抛光打磨的末端执行器。项目以工业机器人为平台,设计出高精度力传感系统,能够检测抛光打磨时的多维力及力矩;研制适宜的末端执行器,实现对打磨抛光作用力的实时补偿功能;设计一套合适的力控制算法,在进行研磨抛光任务时实现精确的接触力控制。下一步我们还将实现多维力传感与力控制在打磨抛光领域的产业应用,促进打磨抛光行业的加工制造水平。


    (10)数控珠宝首饰车花机

    黄金饰链是最普遍的珠宝首饰,几乎每一个珠宝首饰加工企业都将它作为主要的产品之一。针对黄金饰链的自动化装备具有庞大的市场需求,它将带来黄金饰链甚至是珠宝首饰行业的产业升级,使所生产的黄金饰链及其他黄金饰品的附加值更高,市场竞争力更强。针对珠宝首饰行业的自身属性,利用现代先进制造技术,我们研制出了一套高端珠宝首饰五轴联动数控装备,推动整个黄金饰链加工行业向机械化、自动化和高精度作业转型,为批量生产高端珠宝首饰及提高生产效率奠定基础,同时,通过高端珠宝首饰自动化加工装备的应用,促进珠宝首饰行业设计水平的发展。 


數控珠寶首飾車花機與加工的黃金飾鏈