作品名稱：Diamond高速并聯(lián)機(jī)械手

　　功能、作用介紹：

　　實(shí)驗(yàn)設(shè)備是高等學(xué)校從事教學(xué)、科研及科技開發(fā)的重要條件 和基本手段，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力等方面發(fā)揮著重要作用。

　　由天津大學(xué)發(fā)明的Diamond高速并聯(lián)機(jī)械手由一個(gè)輕小的動(dòng)平臺(tái)、一個(gè)門式結(jié)構(gòu)的基座和兩組平行四邊形支鏈組成。動(dòng)平臺(tái)可相對(duì)于基座在包含基座和動(dòng)平臺(tái)的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)?；习惭b有兩個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置，每個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置分別通過一組連桿機(jī)構(gòu)與動(dòng)平臺(tái)連接。每組連桿機(jī)構(gòu)由一個(gè)主動(dòng)桿和一個(gè)從動(dòng)桿組成，主動(dòng)桿的一端與驅(qū)動(dòng)裝置固接，并隨驅(qū)動(dòng)裝置旋轉(zhuǎn)，從動(dòng)桿的一端與動(dòng)平臺(tái)鉸接，主動(dòng)桿與從動(dòng)桿的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副相連接在一起。每一組連桿機(jī)構(gòu)還包括定位部分，用以在運(yùn)動(dòng)保持動(dòng)平臺(tái)相對(duì)于基座的方向不變。定位部分包括位于主動(dòng)桿與從動(dòng)桿鉸接處的曲柄、鉸接于基座和曲柄之間的連桿、鉸接于曲柄和動(dòng)平臺(tái)之間的連桿。

　　上述機(jī)構(gòu)使得當(dāng)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置同向或反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)在不同范圍內(nèi)的二維移動(dòng)，同時(shí)保持動(dòng)平臺(tái)姿態(tài)不變。

　　兩個(gè)空間分布的從動(dòng)桿分別由公用鉸鏈與曲柄和動(dòng)平臺(tái)連接，使用兩個(gè)從動(dòng)桿有利于提高機(jī)構(gòu)的整體剛度兩從動(dòng)桿間可布有支撐，在兩個(gè)從動(dòng)桿之間可以包含一個(gè)或多個(gè)支撐件。所說的支撐件可以垂直于從動(dòng)桿或交叉固接于兩個(gè)從動(dòng)桿之間，最好同時(shí)包含垂直和交叉的支撐件。

　　此外，可將基座安裝在一個(gè)單自由度運(yùn)動(dòng)裝置來實(shí)現(xiàn)，其在與動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)平面正交的方向運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)裝置可通過一個(gè)線性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。曲柄與基座之間的定位連桿的兩端可以用球副連接，如球鉸鏈。球副連接也可用于曲柄與動(dòng)平臺(tái)之間的定位連桿兩端。每個(gè)從動(dòng)桿與動(dòng)平臺(tái)之間也可以采用球鉸鏈連接。

　　在兩個(gè)與基座驅(qū)動(dòng)裝置相連的主動(dòng)桿驅(qū)動(dòng)下，動(dòng)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)2維平動(dòng)。由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)被固定在機(jī)架上，從動(dòng)臂被制成輕桿，因而可使動(dòng)平臺(tái)獲得很高的速度和加速度。

　　該機(jī)構(gòu)還可與一個(gè)單自由度進(jìn)給機(jī)構(gòu)串接形成3自由度混聯(lián)機(jī)械手，用來多次準(zhǔn)確的重復(fù)一些如從某位置抓取一物體，移到另一個(gè)位置后將其釋放這類簡(jiǎn)單操作，抓取裝置通常安裝在一個(gè)動(dòng)平臺(tái)上。特別適合于要求動(dòng)平臺(tái)能在一個(gè)運(yùn)動(dòng)平面中以較高的速度做二自由度移動(dòng)而不改變平臺(tái)的姿態(tài)，而在與之正交方向需要長(zhǎng)距步進(jìn)或緩進(jìn)的場(chǎng)合，可以滿足醫(yī)藥、輕工、電子、食品、包裝等行業(yè)中對(duì)輕小物料高速、中短距搬運(yùn)或操作的需求。

　　以Diamond高速并聯(lián)機(jī)械手為載體，圍繞天津大學(xué)國(guó)家工科機(jī)械基礎(chǔ)教學(xué)基地、國(guó)家精品課程、國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)，整合設(shè)計(jì)、制造、測(cè)控三大系列課程的教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新基礎(chǔ)課程及專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，采取的主要措施包括：

　　一是按機(jī)電產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)流程，實(shí)現(xiàn)了通過載體案例將設(shè)計(jì)、制造、測(cè)控系列課程中的關(guān)聯(lián)知識(shí)點(diǎn)有機(jī)銜接，強(qiáng)化工程實(shí)踐教育?；A(chǔ)課程和專業(yè)課程的認(rèn)知實(shí)踐、課程設(shè)計(jì)等三個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行教學(xué)改革。在認(rèn)知實(shí)踐環(huán)節(jié)：通過現(xiàn)場(chǎng)觀摩(高速抓放操作演示)與集中講解(PPT/錄像)，使學(xué)生了解機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，初步掌握并聯(lián)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)組成、工作原理及其典型工程應(yīng)用領(lǐng)域。在課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，詳細(xì)介紹了并聯(lián)機(jī)器人的分析與設(shè)計(jì)方法(包括逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、工作空間分析、剛體動(dòng)力學(xué)分析、伺服電機(jī)參數(shù)預(yù)估及末端軌跡規(guī)劃等)。結(jié)合類并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)與剛體動(dòng)力學(xué)分析，編印了相應(yīng)的課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(包括布局形式不同的3種外移動(dòng)副驅(qū)動(dòng)方案與工作空間不同的2種外轉(zhuǎn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)方案)，要求學(xué)生根據(jù)給定的原始數(shù)據(jù)(機(jī)構(gòu)工作空間、運(yùn)動(dòng)學(xué)/動(dòng)力學(xué)參數(shù))，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型、編寫計(jì)算機(jī)程序、繪制運(yùn)動(dòng)線圖、撰寫課程設(shè)計(jì)說明書，并總結(jié)個(gè)人的心得體會(huì)。

　　二是與前述實(shí)踐教學(xué)改革相呼應(yīng)，調(diào)整了單純服務(wù)于某一課程或獨(dú)立于各門課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，代之以可支撐相關(guān)系列課程技能點(diǎn)的開放式、研究型、綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。按照以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，以能力培養(yǎng)為核心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀念，結(jié)合國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)，在機(jī)械工程一級(jí)學(xué)科的平臺(tái)上，按照資源共享、循序漸進(jìn)、不斷深化的教學(xué)規(guī)律，研發(fā)了多項(xiàng)可以支撐相關(guān)系列課程知識(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的研究型綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

　　該機(jī)構(gòu)現(xiàn)已獲得國(guó)家發(fā)明專利和國(guó)外專利各1 項(xiàng)。該高速并聯(lián)機(jī)械手曾出口英國(guó)Warwick大學(xué)，創(chuàng)我國(guó)機(jī)器人整機(jī)出口首例。多臺(tái)樣機(jī)分別出售西安交通大學(xué)、浙江工業(yè)大學(xué)等院校，用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

　　作品名稱：Diamond高速并聯(lián)機(jī)械手

　　完成單位：天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院