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天津大学戴建生研究变胞机构:助力中国制造2025

  近日,在美国波士顿召开的第39届美国机械工程师学会(简称ASME)机构学与机器人学大会上,天津大学机械学院教授戴建生因其在变胞机构研究中取得的突出成果,被授予2015年ASME机构学与机器人学终身成就奖。该奖设立于1974年,颁发给世界范围内对机构设计和机构理论,以及机构和机器人系统设计与应用领域有着终身杰出贡献的学者,是国际机构学与机器人学最高奖。据悉,自该奖项设立40余年来,截至2014年仅有26位国际知名机构学与机器人学专家获得过此项殊荣。

  变形金刚般的变胞机构

  机构是机器和机器人的基本组成。人类在实际应用中的需要促使科研工作者开始研究突破和拓宽传统定自由度和定拓扑结构的新机构。变胞机构是一种新构型的机构,能在瞬时使某些构件发生合并、分离,或出现几何奇异,并使机构有效构件数或自由度数发生变化。据戴建生团队科研人员介绍,传统航空航天领域的卫星天线和太阳能帆板采取的是可展式结构,该机构具有一次自由度变化,即折叠起来的卫星天线和太阳能帆板在进入太空后可以展开,但此后就进入零自由度状态。变胞机构连续运行中,至少有一次自由度变化,并在自由度变化后,机构仍保持运行。

  变胞思想已经开始在机器人制造业上取得应用。北京航空航天大学科研人员开发了变胞探测车,利用变胞原理,采用杆件变换,使其变形并变换不同的行走方式以适应不同的需求和不同的环境。新加坡南洋理工大学的科研人员开发了变胞水下车,利用变胞概念,变换车形来完成所需的工作任务。

  制造业应用助力工业4.0

  ASME机构学与机器人学终身成就奖委员会认为,戴建生通过在理论研究、机构创新、实践应用与学会工作等方面的贡献,对可重构机构和可重构机器人作出了持续的开拓性贡献,在世界范围内起了引领性作用,产生了持久与深远性影响;戴建生同时探索与挖掘了旋量系关联规律与旋量代数理论,揭示了机构约束演变及其对机构重构的机理,建立了变胞机构与可重构机构理论。

  戴建生表示,除应用于机器人结构演变和发展,变胞原理也逐渐应用于制造业。在加工制造中进行机构的演变,提供了合理的加工工艺和优化了夹具的应用,有利于简化和加速加工制造,缩短加工周期。在推进《中国制造2025》这个中国版工业4.0规划中,变胞机构将发挥重要作用。

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