研究方向

精密工程研究中心的主要研究方向:

主要研究项目有:

(1)基于高压水射流的船舶除锈爬壁机器人

简介:

船舶除锈清洗是造船的重要环节,是修船的关键组成部分。目前,国内各大修船企业普遍采用人工干气喷砂除锈,存在除锈成本高、严重污染空气和水体以及危害工人健康等弊端。世界上大部分发达国家己经禁止在敞开环境下使用干气喷砂除锈。我国正在构建以人为本的和谐社会,对严重污染环境型企业加大了整治力度。因此,如何在完成船舶除锈的同时,又不危害工人的健康,污染环境,这是需要迫切解决的问题。本研究提出基于高压水射流技术的船舶除锈清洗爬壁机器人自动化成套装备技术,将高压水射流除锈、真空系统抽干并排渣和爬壁机器人执行除锈作业三者成套设计于一体。利用高压水射流对船体除锈,对环境无任何污染,采用真空抽干水分并回收锈渣来防止返锈,应用大负载爬壁机器人来搭载除锈清洗器进行遥控作业,操作安全可靠,实现船舶的绿色、高效、高质量除锈清洗。

目标:

Ÿ  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;

Ÿ  设计并制作一套基于高压水射流的船舶除锈爬壁机器人成套装备样机;

Ÿ  在合作企业实现示范应用。

优点:

Ÿ  绿色环保,无污染;

Ÿ  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;

船舶除锈爬壁机器人

(2)金属板材冲压式无模渐进成形技术

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。

无模单点冲压式渐进成形样机及成形样件

(3)金属板材高压水射流柔性渐进成形技术

针对小批量生产和样品制造,我们还提出一种高压水射流板材无模渐进成形技术,它是在板材渐进成形技术基础上结合高压水射流技术而发展起来的一种新技术,它的核心思想是用具有一定压力的水射流替代渐进成形的金属工具头,用水通过高压泵,经喷嘴将高压水喷射到板材上,水的动能转化为作用于板材的压力能,使板材产生局部塑性变形。在计算机控制下高压水喷嘴沿规划路径运动,完成层层加工,直至最终成形。高压水射流渐进成形技术为加工金属板材提供了一种新的方法,无需模具,非常适合小批量零件加工和新产品样机研制。同时,其加工时接触的界面是液体—固体,摩擦小无须润滑,接触面上压力分布更加均匀,零件表面质量好,高柔性,高效率,绿色环保。


五轴高压水射流渐进成形样机



加工的不锈钢样件及波纹管样件

   (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,所研制的高强度铝蜂窝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。   


高强度铝蜂窝成套装备工程样机



研制的高强度铝蜂窝

   (5)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。 


数控珠宝首饰车花机与加工的黄金饰链

   (6)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。

利用金属板材成形技术制作单元体



单元体的样件及组装好的规则多孔金属结构组件

   (7) 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。


打磨抛光机器人系统与打磨工件

   (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。  


系统样机

     基于微型光谱传感模块,我们已成功研制了若干台无线多功能全谱食品检测仪,该仪器已取得广东省计量院校正证书,并在贵州等地试用。


无线多功能全谱食品检测仪

   (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。