在汽车船舶、轨道交通乃至军事国防等重大装备领域，关键零部件中超过40%为铸造件。而这些铸件在成型后，往往残留厘米级浇冒口和飞边毛刺，必须通过磨切加工才能满足装配精度要求。长期以来，我国95%以上企业依赖人工完成这一工序——劳动强度大、效率低、安全隐患高。如何以自动化装备替代人工作业，成为行业亟待破解的共性难题。
面对这一挑战，天津大学机构学与机器人系统实验室从原始创新入手，融合串联机器人灵活性与机床高刚度的优势，率先提出“并联磨切加工机器人”方案，成功打通了从理论突破到产业落地的全链条路径。
实验室负责人孙涛教授告诉记者，目前，现有自动化磨切装备主要分为两类：串联机器人灵活但刚度差，仅能处理小余量、低效率的打磨；而串联机床虽刚度高，却受限于结构，只能在有限空间和方向上进行切割。两者均难以满足铸造件高效、高品质、多尺度的复杂加工需求。
对此，实验室团队迎难而上，将两者的优势融合到一起，率先提出并联磨切加工机器人方案，突破了三个关键技术：在机器人创新设计方面，团队提出“并联机器人机构的代数化构型综合理论”，发明出18种具有应用价值的并联加工机构，形成“尺度-结构-性能一体化设计方法”，成功研制3个系列、10种规格的高刚度并联磨切加工机器人；在系统精度调控方面，实验室建立了“机器人多源误差传递与辨识模型”，攻克了加工轨迹规划与偏差估计技术，提出不依赖传统运动学标定的系统精度调控新方法，显著提升加工一致性与可靠性；在智能控制工艺方面，团队针对铸造件形貌复杂、特征随机、工序多重等特点，开发出“多类型、多材质、多尺度”的多模式控制策略，首次实现自适应工艺参数调整与柔性化工艺规划，让机器人真正具备“感知—决策—执行”的闭环能力。
依托这些技术突破，实验室与天津市中屹铭科技有限公司开展深度产学研合作，推动技术产品化、产品谱系化。目前，系列化高刚度并联磨切加工机器人已在潍柴动力、中国兵器等30余家头部企业部署应用超500台套，有效替代人工，大幅提升生产安全与效率。该成果获得2020天津市技术发明一等奖、2020中国好设计金奖、2021中国产学研合作创新成果一等奖、2023中国专利优秀奖，并入选2021中国智能制造十大科技进展、2022世界智能大会优秀案例。
孙涛教授介绍，自2015年成立以来，实验室始终聚焦并联机器人的创新设计理论、关键技术与工程应用，在国家重点研发计划、国家重大仪器专项、天津市重大科技专项等30余个项目支持下，拓展出五大研究方向：除机器人机构理论外，还包括高刚度磨切加工机器人、高速重载操作机器人、移动并联复合机器人、高负重比人形机器人等。其中部分成果已经应用于汽车船舶、轨道交通、航空航天、工业制造等生产领域。
尤为值得一提的是，实验室不仅在工业场景深耕，更前瞻性布局具身智能机器人领域。其提出的“全刚性并联与绳驱动刚柔耦合人形机器人”理念，正加速向工业制造、特种作业、家居服务等场景延伸。
这一系列成果的快速转化，离不开天津市对机器人产业的系统性支持。近年来，天津全力推进智能制造高地建设，大力支持本地科研机构深耕机器人核心技术。天津大学机构学与机器人系统实验室已获得2025年天津市人工智能科技重大专项支持，重点推进移动并联复合机器人与人形机器人研发及应用落地。市工信局、市科技局全程协助实验室对接企业需求，推动“具身智能机器人创新平台”等前期工作，构建“基础研究—技术攻关—产品孵化—产业应用”的完整生态。
从实验室的原始创新，到稳定运行的生产设备；从解决行业痛点，到引领机器人技术范式变革——像天津大学机构学与机器人系统实验室团队一样，很多科技一线的科研工作者们正在以十年磨一剑的坚持，奋力书写科技创新成果高效产业化的“天津样本”。在这片智能制造的热土上，更多“硬核”机器人正从图纸走向车间，从天津走向全国乃至全球。
原文链接：https://www.app2020.tjyun.com
