久久99国产精品尤物-国产高清色播视频免费看-男生肌肌往女人桶爽视频-精品国产-91PORNY九色|www.jqdstudio.net

現(xiàn)代科技創(chuàng)新研究模式：以大型復雜構(gòu)件的加工為例

點擊：4272  作者：劉辛軍    來源：中國機械工程學會 微信號  發(fā)布時間:2022-02-18 11:04:29

 

前言：當前，隨著我國航空航天、能源和國防等領域的蓬勃發(fā)展，對大型航空薄壁件、空間站大型艙體結(jié)構(gòu)件等大型復雜構(gòu)件的高效高質(zhì)量加工需求愈加旺盛，創(chuàng)新性研究的重要性日漸凸顯。

 

 

具有大型艙體結(jié)構(gòu)的空間站

 

然而，傳統(tǒng)的加工裝備如機床、工業(yè)機器人等，難以實現(xiàn)對此類大型復雜構(gòu)件的銑削加工，需要通過科技創(chuàng)新研究提出變革性的技術及裝備，以解決此類大型復雜構(gòu)件的高質(zhì)量制造難題。

 

 

傳統(tǒng)機床與工業(yè)機器人

 

科技創(chuàng)新研究可總結(jié)為“揭示規(guī)律、創(chuàng)造發(fā)明、改造世界”三個階段。我們將這三個階段與古典哲學思想、辯證唯物主義方法論重要思想相結(jié)合，把科技創(chuàng)新研究模式概括為“尋其道、謀其術、求其魂、索其變、用其精”的辯證統(tǒng)一過程。

 

 

科技創(chuàng)新研究模式

 

下面，我們將圍繞大型復雜構(gòu)件加工新裝備與新模式的創(chuàng)新需求，介紹提出的科技創(chuàng)新研究模式。

 

尋其道

 

“尋其道”的本質(zhì)是科學觀察與科學認識，是一種好奇探索，是人天性的表現(xiàn)。自然界中的各種生命體在進行生命活動時，總是遵循著一定的規(guī)律，這為我們從事科技創(chuàng)新研究提供了一定的依據(jù)。

 

例如，長頸象鼻蟲具有長長的頸部，特殊的頸部結(jié)構(gòu)可以提升它們頭部可觸及的范圍并有力地支撐頭部以進行精細啃食，非常有利于撕咬樹葉、構(gòu)建巢穴。

 

 

長頸象鼻蟲筑繭

 

啄木鳥在敲擊樹木的時候，往往會先攀緣在直立的樹干上，利用兩爪緊抓樹干、楔形尾部支撐身體，依靠頸部發(fā)達而強有力的肌肉高速精細地啄木。

 

 

啄木鳥啄木

 

一些手工藝師在雕刻作品時，也會通過腕部的靈巧定位，借由手指的精細動作完成精雕細琢的工作。

 

 

手工藝師的精雕細琢

 

這些例子中都存在共同的特征，即：大范圍移動定位、局部精細化作業(yè)。受這些自然界中生命體作業(yè)特征和長頸象鼻蟲的外形啟發(fā)，我們提出了一種大型復雜構(gòu)件原位柔性加工解決方案，并提出了一種移動式加工機器人概念，該機器人由AGV移動車、機械臂和并聯(lián)式5軸運動末端執(zhí)行器構(gòu)成。

 

 

 

長頸象鼻蟲與移動式加工機器人

 

謀其術

 

“謀其術”的本質(zhì)是以創(chuàng)造發(fā)明為目標的一種技術應用。在認知并揭示了事物發(fā)展規(guī)律的基礎上，若要產(chǎn)生發(fā)明創(chuàng)造，便要“謀其術”，即尋找合適的方法。

 

提出的移動式加工機器人，AGV移動車和機械臂是比較成熟的，并聯(lián)式5軸運動末端執(zhí)行器設計是需要解決的難點，采用我們研究的基于Grassmann線幾何和線圖法的構(gòu)型綜合方法這一“術”開展機器人的并聯(lián)機構(gòu)構(gòu)型設計。最終得到一種結(jié)構(gòu)緊湊、輕量化、高靈活性的5自由度并聯(lián)機構(gòu)。

 

 

5自由度并聯(lián)機構(gòu)

 

求其魂

 

“求其魂”的本質(zhì)是以改進發(fā)明為目標的一種技術應用，它主要包含評價方法和改進方法，體現(xiàn)了人的品性。“謀其術”讓我們獲得產(chǎn)生發(fā)明創(chuàng)造的方法，“求其魂”則是讓我們了解發(fā)明創(chuàng)造中起主導和決定作用的因素，從而發(fā)揮發(fā)明創(chuàng)造的最佳性能、實現(xiàn)最佳效果。

 

自然界中的生命體常借助過人的力量或速度等特性謀求生存。例如螃蟹的蟹鉗內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有四連桿閉環(huán)機構(gòu)特征，該結(jié)構(gòu)通過力增益方式使螃蟹擁有巨大的夾持力。

 

 

 

蟹鉗結(jié)構(gòu)

 

又如蜂鳥的翅膀關節(jié)內(nèi)含了一個四連桿增速機構(gòu)，使其翅膀振動頻率能夠達到80 Hz，從而具備豐富的飛行模式。

 

 

蜂鳥飛行

 

從自然界生命體，我們可以領悟到隱藏在生命體和機器內(nèi)部機構(gòu)的第一功能應該是傳遞運動和力，由此，我們提出并建立了一套機構(gòu)運動和力傳遞與約束特性的性能評價體系，實現(xiàn)了5自由度并聯(lián)機構(gòu)尺寸參數(shù)及結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化，進而研發(fā)出一臺5自由度并聯(lián)加工機器人。

 

 

5自由度并聯(lián)加工機器人

 

這種機構(gòu)性能評價方法依照了自然界生命體的運動和力傳遞有效性法則，是機構(gòu)設計中性能評價“求其魂”的體現(xiàn)。

 

此外，我們生活的世界是一個構(gòu)成和行為均是“混聯(lián)”的世界，但為了高效和靈活，兩軸轉(zhuǎn)動往往是耦合（并聯(lián)）運動，比如人手腕的轉(zhuǎn)動運動。設計的機器人具有5個自由度，其中的2個轉(zhuǎn)動運動是“姿態(tài)耦合”的，這是該機構(gòu)設計中耦合調(diào)姿“求其魂”的體現(xiàn)。

 

 

并聯(lián)加工機器人加工的關鍵零件

 

采用該機器人完成了具有特殊結(jié)構(gòu)的關鍵零件的高效加工，這些零件的高效、高質(zhì)量加工，是“求其魂”的性能評價和姿態(tài)耦合運動設計起了核心作用。

 

索其變

 

“索其變”的本質(zhì)是以實現(xiàn)應用變通為目的的科技創(chuàng)新實踐。要實現(xiàn)對研究目標的進一步創(chuàng)新，需要發(fā)揮人的悟性，通過“索其變”，探索5自由度并聯(lián)加工機器人的變通形式，應對更為復雜的加工需求，從而實現(xiàn)柔性制造。

 

設計的并聯(lián)機構(gòu)具有輕量化和5軸聯(lián)動運動的功能，我們可以想象把這個5自由度并聯(lián)機構(gòu)作為一個功能單元，變通為一個類似于人手的功能模塊，從而發(fā)明出“移動平臺+機械臂+5軸聯(lián)動并聯(lián)功能模塊”形式的移動式混聯(lián)加工機器人，以滿足大型復雜構(gòu)件的原位加工需求。

 

 

移動加工示意圖

 

這種新裝備與新模式的提出，使得大型復雜構(gòu)件的制造模式產(chǎn)生了顛覆性的變化，相當于把“機床”舉起來，將“鐵打的機床、流水的工件”的傳統(tǒng)加工模式變革為“鐵打的工件、流水的機床”模式。這種新裝備是一種介于機床和工業(yè)機器人之間的機器人化裝備，兼具靈活性、效率和精度的優(yōu)勢。

 

用其精

 

“用其精”的本質(zhì)是利用發(fā)明創(chuàng)造以改造世界為目的、以理論技術為指導開展的實踐活動。我們在上述工作的基礎上，還需要對提出的裝備與模式進行合理應用，發(fā)揮其優(yōu)勢，達到“用得好”的目的，即“用其精”，最終實現(xiàn)大型復雜構(gòu)件的高效高質(zhì)量加工。

 

我們采用設計的移動式混聯(lián)加工機器人，基于多學科交叉，結(jié)合移動平臺自主導航和雙目視覺定位，進行了航天器艙體設備安裝支架端面的原位銑削應用驗證，證實了提出的移動式混聯(lián)加工機器人及原位加工模式是行之有效的。

 

 

原位銑削加工驗證

 

結(jié)語

 

科技創(chuàng)新研究模式——“尋其道、謀其術、求其魂、索其變、用其精”這一辯證統(tǒng)一過程體現(xiàn)了探索、求真、謀變、務實的科技創(chuàng)新魅力，是人的天性、品性、悟性、習性的綜合表現(xiàn)。該科技創(chuàng)新研究模式遵循了辯證唯物主義重要思想，在科技創(chuàng)新實踐中是有效的，可作為現(xiàn)代科技創(chuàng)新的一種模式，在工程科學實踐中正確運用科技創(chuàng)新研究模式對于技術發(fā)展和社會進步具有一定意義。

 

作者簡介

劉辛軍，清華大學長聘教授、博士生導師，國家杰出青年科學基金獲得者、教育部“長江學者”特聘教授、國家“萬人計劃”領軍人才。現(xiàn)任國際機構(gòu)學與機器科學聯(lián)合會(IFToMM)中國委員會主席、兼任國家自然科學基金委共融機器人重大研究計劃秘書組組長。擔任Cyber2019和ICIRA2021國際會議大會主席。

 

以下文章來源于Me工程師 ，作者劉辛軍