一、所属领域

高性能机器人+拣选、理料、包装和物流等领域

二、项目介绍

1. 痛点问题

在食品、医药、新能源、物流及3C等诸多行业，需要大量对产品进行高速拣选、理料和包装的机器人。高速机器人已成为分拣和包装领域中提高效率、降低成本和提升质量的核心装备，需求量大面广。

并联机器人凭借构型的优异动态特性，逐渐在该领域占据主导地位。高速并联机器人普遍采用主动摆杆和被动平行四边形结构组成的刚性支链，可获得高速度和高加速度。国际机器人巨头ABB和FANUC等利用先发优势，基于Delta构型开发的高速并联机器人一直处于市场垄断地位。国内高速并联机器人亟待实现技术和性能的提升。

同时，面向轻量化、柔性化和智能化的发展趋势、及日益复杂多样的生产需求，高速并联机器人在性能方面存在亟待突破的瓶颈。主要表现在：

1）刚性杆件质量较大，减重困难，动态特性及效率提升遇到天花板；

2）支链关节数量多，结构复杂，力位耦合严重，终端精度保证难度大；

3）负载适应性差，难以满足质量变动范围大的高效柔性拣选要求；

4）对高精度大速比减速器、铰链及控制器依存度较大，导致成本较高。

2. 解决方案

本项目面向轻量化、柔性化和智能化的装备发展趋势、及日益复杂多样的生产需求，提出了具有高效率、低成本、低功耗和高精度特性的索驱动高速并联机器人新构型，实现了索驱动与刚性支链的并联融合；建立了运动学和动力学机构性能评价指标体系，形成了从构型设计到性能匹配的一体化优化设计理论和方法，保证了机器人本体的优异性能；突破轨迹规划和精度保证等关键技术，研发基于开放构架的高性能控制软硬件平台，形成系列化装备。

基于本项目技术预期可以建立系列化索驱动高速机器人产品，解决刚性高速并联机器人面临的瓶颈问题，极大降低装备成本，推动国内高速机器人性能提升和市场占有率。

3. 竞争优势分析

索驱动高速并联机器人产品经机械工业机器人产品质量监督检测中心检测，关键技术指标全面超越进口同类产品，且具有突出的成本和能效优势（成本降低40%-70%，功耗降低30%-40%）。

2020年4月，中国机械工程学会组织机械工程和机器人领域著名专家对“索驱动高速并联机器人关键技术与成套装备”成果发表署名鉴定意见：索驱动高速并联机器人装备的主要指标达到和优于国外同类相关产品。项目创新性强，拥有自主知识产权，总体技术达到国际先进水平，其中索驱动并联机器人的综合优化设计原理、融合平行索驱动和刚性支链的机器人构型设计方法达到国际领先水平。

4. 市场应用前景

制造业正在向轻量化、柔性化、智能化方向发展，机器人作为智能制造的主力军，其研发、制造和应用成为衡量一个国家科技创新能力和制造业水平的重要标志，全球范围内机器人的研发和应用步伐稳步加快。机器人研究正在成为全球科技竞争中新的战略制高点。工业转型升级、劳动力成本上涨，以及老龄化社会的到来，促使我国成为全球最大的工业机器人需求国和市场。我国机器人市场快速增长，全球占比超过1/3，然而国产机器人的国内市场份额不足1/3。国内并联机器人市场规模已超6亿，且快速增长。目前并联机器人企业少，竞争格局未定，带来创新机遇。

5. 发展规划

拟在电子元器件、食品、医药等行业，替换一条线上的Delta机器人，进一步验证本项目产品的稳定性和可靠性，推动产品的快速推广应用。

6. 知识产权情况

本项目核心发明专利3项，相关软件著作权3项。

三、合作需求

现阶段的主要合作需求是寻找应用场景和资源对接，推动产品的快速推广应用，打造爆款产品，树立品牌形象。

四、团队介绍

项目团队主要研究方向包括：高性能机器人装备及其智能化、远程运维及智能制造。团队成员包括教授2人，副教授1人及硕博士5人。其中，邵珠峰副教授主持国家级科研项目及课题12项，出版学术专著1部，参编2部，发表SCI论文37篇，EI论文30篇，获授权中国发明专利42项，PCT国际专利3项，软件著作权11项，发布国家标准6项。曾获中国专利银奖、中国仪器仪表学会技术发明一等奖、中国机械工业科技进步特等奖和二等奖、教育部自然科学奖二等奖、全国机械工业设计创新大赛金奖。研究成果应用于“中国天眼”、国产大飞机、嫦娥、天问等重大工程，并打破了高速机器人卡脖子问题。

五、联系方式

E-mail：ott@tsinghua.edu.cn

成果编号：2021165

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