并联机床和并联机器人作为现代智能制造领域的重要技术,近年来在中国取得了显著发展。以下从技术特点、发展现状和应用领域等方面进行详细介绍:
一、基本概念与特点
并联机器人
并联机器人(Parallel Mechanism)是一种动平台和定平台通过至少两个独立运动链相连的闭环机构,具有两个或以上自由度。其核心特点包括:
高精度:无累积误差,微动精度高
高刚度:多杆并联结构使其刚度远高于串联机器人
高速度:运动部件重量轻,动态响应好
负载能力强:多支链共同分担载荷
控制优势:反解容易,适合在线实时计算
并联机床
并联机床(又称虚拟轴机床)是并联机器人技术与机床技术相结合的产物,完全打破了传统机床的串联结构概念。相比传统机床:
优势:比刚度高、响应速度快、运动精度高
局限:工作空间较小、灵活性相对较低
二、技术发展历程
国际发展
1931年:Gwinnett提出首个并联机构娱乐装置概念
1965年:Stewart提出六自由度平台机构(Stewart平台)
1994年:美国Ingersoll和G&L公司在IMTS展上首次展出并联机床,被誉为"21世纪的机床"
国内进展
1991年:燕山大学黄真教授研制国内首台六自由度并联机器人样机
1997年:清华大学与天津大学合作研制成功国内首台大型镗铣类并联机床VAMTIY
2022年:阿童木机器人超越外资巨头,登顶全球并联机器人市占率榜首
2025年:翼菲科技向港交所递交招股书,有望成为"轻工业全品类机器人第一股"
三、主要类型与构型
按自由度分类
2自由度:如平面5杆机构
3自由度:包括3-RRP、3-RPR等构型
4自由度:如2-UPS-1-RRRR混合机构
5自由度:如Exechon混联机器人的3R2T构型
6自由度:经典的Stewart平台机构
典型构型
纯并联型:如Stewart平台基本构型
混联型:结合并联和串联优点,如TriCept的3UPS-UP并联模块+RR串联头
特殊构型:如德国Metrom的5杆并联机床,可实现主轴偏转90°以上的五面加工
四、核心技术突破
近年来中国在并联技术领域取得多项突破:
驱控系统:阿童木2024年推出的AI驱动驱控一体系统刷新行业标准
可靠性:翼菲科技的Bat系列并联机器人实现20,000小时无故障运行
洁净技术:Python系列SCARA机器人达ISO 4级洁净标准,Lobster系列晶圆搬运机器人获TÜV SEMI认证
运动控制:清华大学在并混联装备工作空间分析、奇异位形处理等方面达到国际先进水平
五、应用领域
工业制造
精密加工:航空航天零件、汽车模具等复杂曲面加工
高速分拣:食品、医药等行业的包装分拣,如阿童木机器人在天津智能工厂的应用
电子制造:晶圆搬运、精密装配等洁净环境作业
特种应用
医疗手术:高精度手术辅助设备
模拟训练:飞行模拟器、驾驶模拟平台等
特种加工:激光加工、水射流加工等
六、未来发展趋势
根据行业动态,并联技术将呈现以下发展方向:
智能化:AI驱动、自适应控制技术深化应用
模块化:可重构设计提升设备灵活性
混联化:并联与串联优势互补的混联构型成为热点
专业化:针对轻工业等特定行业的专用解决方案
国产替代:本土品牌逐步替代进口设备,如阿童木在并联机器人市场的表现
中国并联技术已从跟跑迈向领跑阶段,随着"智能制造"战略推进,预计将在更多高端制造领域实现突破。