项目研究的背景及用途:为了提高对生产环境的适应性，满足快速多变的市 场需求，近年来全球机床制造业正在积极探索和研制新型多功能的制造装备与系 统，其中在结构技术上的突破性进展当属九十年代问世的并联机床(Parallel Machine Tool)，又称虚(拟)轴机床(Virtual Axis Machine Tool)或并联运动学机器 (Parallel Kinematics Machine)。并联机床是以并联机构作为进给传动机构的数控机 床。这种新型制造装备在构思上体现了现代系统集成的思想，在功能上是加工、 测量、装配与物料搬运等多种工艺过程的集成，在性能上是高刚度、高精度、高 速度、高柔性、轻重量、低成本的集成，是知识经济初见端倪的高科技数控加工 装备。 天津大学于 1998 年 10 月得到天津市科委“95”重点科技攻关项目资助，开 展了可实现三平动自由度并联机床的设计理论、关键技术和样机建造工作，旨在 在国内率先开发出一台具有国际领先水平的，可完成自由曲面加工的三轴联动并 联机床产品化样机。该项目于 1999 年 2 月被列入天津大学“211”工程跨世纪标 志性成果管理项目，同时得到天津第一机床总厂的参与和支持。 技术原理及流程:所研制的三平动自由度并联机床采用 3-HSS 并联机构作为 传动进给机构(在此，H—螺旋副，S—球面副)，由底座、动平台和三对立柱—— 滑鞍——支链组成。每条支链中含三根平行定长杆件，各杆件一端与滑鞍，另端 与动平台用球铰连接。滑鞍由伺服电机和滚珠丝杠螺母副驱动，沿安装在立柱上 38天津大学科技成果选编 的滚动导轨作上下移动。该机床主要用于三坐标高速铣、镗加工，主要解决以下 关键技术: (1)柔性并联机床总体结构概念设计和虚拟样机设计; (2)主模块工作空间与灵活度分析，以及结构参数尺度综合技术; (3)主模块单元控制和在线精度补偿技术，以及静、动刚度预估与评价 技术; (4)多主模块协同控制核心算法，以及硬件匹配和编程技术。 成果水平及主要技术指标:天津质量监督局第12站对样机的检测结果表 明，各项性能指标已经达到天津市科委立项合同中的各项指标。样机的主要几何 精度、运动精度、工作精度已经达到或接近加工中心精度水平，重量明显轻于传 统机床，而刚度显著大于传统机床。 获得天津市科技发明二等奖及一项专利。 市场分析及效益预测:国家科技部在指定我国制造与自动化领域“十五” 计划与2015年远景规划前期报告“先进制造工艺装备”中明确指出:应抓住时机， 抢在国外产品占领我国市场之前，开发我国自己的并联机床产品。“十五”期间， 要以并联机床开发为契机，面向多品种、小批量、灵活多变的生产环境，建立新 型系列化并联机床的生产基地。 根据国家机械局机械科学院对 2005～2015 年机械制造装备市场预测估计， 并联机床的国内市场需求量约为 500 余台/年。 3.同步构型数控机床 4.石英挠性加速计自动装配系统 5.深海石油大型机电装备开发

Ø  成果简介：变轴数控机床（也称虚拟轴机床或并联机床）是基于构造上新构思、刀具运动的新原理、数学运算的新方法提出的。该数控机床主要应用并联空间机构作为机床的主体机构。在运动学原理上或结构上皆迥然不同于传统数控机床。其特点是将机械的简单性与数学的复杂性融为一体的高技术设备。基于并联机构的变轴数控机床重量轻，刚度大、精度高，刀具具有六个运动自由度。突破了机械结构设计对传统工艺依赖的限制,可解决尖端装备中复杂曲面、复杂几何形状零件以及复杂模具精密加工任务，为先进制造技术的发展提供一种

变轴数控机床（也称虚拟轴机床或并联机床）是基于构造上新构思、刀具运动的新原理、数学运算的新方法提出的。该数控机床主要应用并联空间机构作为机床的主体机构。在运动学原理上或结构上皆迥然不同于传统数控机床。其特点是将机械的简单性与数学的复杂性融为一体的高技术设备。 基于并联机构的变轴数控机床重量轻，刚度大、精度高，刀具具有六个运动自由度。突破了机械结构设计对传统工艺依赖的限制,可解决尖端装备中复杂曲面、复杂几何形状零件以及复杂模具精密加工任务，为先进制造技术的发展提供一种崭新的技术装备，是国内外先进制造技术研究领域中的前沿课题和多学科的研究热点。同时并联机构在其它科学领域中也具有广泛的应用前景。 样机的技术指标为:①自由度数:6；②工作空间:φ300×300（mm）；③驱动系统:滚珠丝杠（由伺服电机驱动）；④控制系统:IPC-610工控机＋PMAC-8轴控制；⑤加工精度:40μ；⑥重复定位精度:≤20μ；⑦位置控制分辨力:0.25μm。本项目先后得到国防科技预研基金、国家攀登计划、国家重点基础研究发展计划（973）、中国科学院“创新工程”及北京理工大学“九五”期间“211工程”建设和“985工程”建设等项目的资助。 

成果简介：变轴数控机床（也称虚拟轴机床或并联机床）是基于构造上新构思、刀具运动的新原理、数学运算的新方法提出的。该数控机床主要应用并联空间机构作为机床的主体机构。在运动学原理上或结构上皆迥然不同于传统数控机床。其特点是将机械的简单性与数学的复杂性融为一体的高技术设备。基于并联机构的变轴数控机床重量轻，刚度大、精度高，刀具具有六个运动自由度。突破了机械结构设计对传统工艺依赖的限制,可解决尖端装备中复杂曲面、复杂几何形状零件以及复杂模具精密加工任务，为先进制造技术的发展提供一种崭新的技术装备，是国内外

3D 打印机又称三维打印机，是实现增材制造（快速成形）的一种设备。它 以数字模型文件为基础，通过一层层的粘合材料来制造三维物体。3D 打印技术 是一项多学科交叉的、具有绿色智能特征的前沿先进制造技术，在航空航天、 国防军工、工业制造、生物医学、消费电子等众多领域有广泛应用前景。 并联结构是一种闭环结构，其动平台或称末端执行器通过至少 2 个独立的运动 链与机架相连接。打破了原有 3D 打印机的笨拙的三维的直线运动。并联 3D 打 印机器人相比于传统机构 3D 打印机具有打印范围大、打印速度快、打印精度 高、打印机制作成本低等众多优点，该打印机适用多种工程塑料（ABS、PLA、 PPSU 等）。用于大尺寸工业模型、建筑模型、艺术创意设计、科普教育等领域， 可以满足市场上对大尺寸 3D 打印机的需求，符合新一代 FDM 式 3D 打印机的 发展方向，推动了 3D 产业的发展。

控制精度高：采用姿态与伸缩杆双闭环控制方法，进行高精度的位置/力控制，可满足试验数据高精度采集的要求。实时性强：采用快速参数计算方法来实时计算运动学正解，可实现全闭环的控制；通用性好：可进行汽车悬架的动态、静态测试，集动静二者于一体,属国内首创，国际领先

该机械手适用于食品、药品等轻工行业生产线上代替人工实现高速抓取、放 置、装盒等操作。根据不同需求 3-5 轴可选。 1、主要应用领域：食品包装流水线，药品包装流水线等需要高速取放轻质 物品的场合。 2、项目简介 为解决企业用工难、用工贵的难题，开发了该高速机械手。其特点为： 速度快，可达 120 次/分钟,操作简单、普通工人即可使用,性价比高,易冲洗， 可用于食品加工行业集成视觉系统，智能程度高 2、创新要点 (1) 优化的并联结构，大大提高机械手的作业速度，运动轴数 3-5 轴灵活选339 配； (2) 集成视觉系统，实现智能化作业 (3) 抓取运动物体，提高工作效率 3、效益分析（资金需求总额 200 万元） 目前，人力成本越来越高，采用该机械手可以节省大量人工，根据机器人作 业效率计算每台机械手可代替 2-4 名人工，投资回收期大约为 1 年。因此，在一 线人工短缺的大背景下，该类机器人市场空间广阔。 4、推广情况（已推广企业） 广东复兴食品机械有限公司；张家港哈工药机科技有限公司。

并联机器人基础实训站由六自由度并联工业机器人，智能视觉系统，编程学习板，PLC控制系统以及一套实训工作台，供料机构、输送流水线机构、检测机构、料仓机构、可实现对高速传输的工件进行分拣、检测、搬运、装配、存储等操作。实训站配套机器人编程软件、PLC编程软件，教学仿真软件可进行仿真学习与程序编写。 实训台采用工业标准件设计，各组件均安装在高强度铝合金型材桌面上，机械结构，电气控制，执行机构相对独立。通过此平台可进行并联关节机器人结构、运动轨迹、算法分析与设计、控制原理、机器人视觉原理、PLC控制原理与编程、以及系统之间的通讯、检测、交互控制理论、机器人编程与调试、I/O通讯、程序数据、PLC程序编写、硬件连接、视党系统调试、通讯方式设定等多方面操作学习，适合职业院校机器人基础实训操作和本科院校的二次开发和深度学习。

本项目在国家“863”计划、国家自然科学基金等资助下，攻克了高速并联机器人机构创新、设计控制、装备技术等难题，形成了自主研发体系，在国内率先实现了技术辐射与工程应用，成果在天津力神、石家庄四药、杭州娃哈哈、云南安化等国内多家企业自动化生产线上得到规模应用，为企业新增销售额4.97亿元，新增利润1.36亿元，经济效益显著。