天津大学下属的研究所

制造装备与系统研究所

方向一：并联构型装备

(Parallel Kinematic Machines)是以并联机构为全部或部分进给机构的机器人或机床系统。

设计理论与关键技术

在并联机构的拓扑结构创新设计，运动学分析与尺度综合，精度设计与运动学标定，静、动态刚度分析与动态设计，轨迹规划，开放式数控系统开发以及装备的可重构布局设计等方面做了大量研究工作，取得一批理论成果。

样机建造与产业化

Stewart型并联机床

受到国家863高技术发展计划和国家自然科学基金资助，与清华大学合作，于1997年在国内率先开展Stewart 型并联机床设计理论、关键技术和原型样机建造工作，内容涉及工作空间分析与综合等方面，为原型样机的设计提供了理论依据。该项目通过国家教育部鉴定，发表高水平论文多篇，1999年获中国高校科技进步2等奖。

三平动自由度并联机床

3-HSS并联机床是在天津市科技攻关和天津大学211工程项目资助下研制成功的我国首台商品化三坐标并联机床，该机床采用平行四边形原理，具有刚度和精度高等特点。该项目后得到天津市重大科技攻关项目支持，开发基于主模块的5坐标加工中心，目前已开发出立式和卧式两种机型并出售2台。

球面并联机构

三自由度球面并联机构是在国家“863”计划资助下研制成功的新型数控装置，能够实现绕三个正交轴的转动，可作成各种高速跟踪装置。

高速轻型并联机械手

Diamond机构是国家“863”计划资助下，由天津大学发明的2平动自由度并联机构，是国际著名Delta并联机械手的一种2维形式，具有速度高、制造成本低等优点，特别适合在完成电子、轻工、食品和医药行业中的高速抓取操作，目前已出售4台，并在电池制造企业得到应用。

5坐标可重构混联机械手

TriVariant 机械手是在国家自然基金资助下，由天津大学发明的5坐标混联机械手，其结构突破了国际著名的Tricept 机械手的知识产权，具有速度高、结构简单、操作空间体积比大、可重构性强等优点，可广泛应用于汽车、航空、建筑等行业的焊接、切割、喷涂、高速加工和装配等操作。最近，在TriVariant

机械手的基础上，黄田教授发明了一种球坐标机械手。

方向二：精密制造技术 多自由度纳米进给平台

基于动态设计理论，研制了一种具有姿态调整能力的纳米级磨削

辅助微定位平台（技术指标：动平台直径120毫米，最大进给量12微

米，进给分辨率5纳米，最大动态响应频率766赫兹），该微定位平台

采用多压电陶瓷驱动器并联直接驱动方式，有效地提高了进给方向上

的静、动态刚度，且通过三个压电陶瓷驱动器的闭环控制，能够实现

对动平台姿态误差的补偿。

意义与目的：通过开展多作动器纳米级微进给平台的结构动态设计和复合控制技术的研究工作，开发既可作为精密机床辅助工作台、也可作为精密测量进给机构的微进给平台。研究一类多作动器微进给平台动力学建模、动态误差建模和在线误差补偿方法，

探索精密机床动态加工误差的在线补偿策略，进而有效地提高精密机床的加工精度。该项研究对提高国内纳米制造技术水平具有重要意义和理论价值。

研究内容：

(1) 一类多自由度纳米级微定位平台结构动态设计理论与关键技术；

(2) 多自由度纳米微进给系统闭环控制方法；

(3) 基于微定位辅助平台的超精密磨床系统动力学建模与仿真技术；

(4) 精密磨削过程微进给平台与工件热场在线测试、热变形误差建模和在线补偿技术；

(5) 一类多自由度纳米级微定位平台制造工艺与试验。

面向IC 封装装备的多自由高速精密定位平台

基于高性能音圈电机，研制了一种新型二自由度笛卡坐标型高速

高精度定位系统，(

意义与目的：瞄准高技术IC 制造装备领域中的国际前沿课题，研究面向IC 封装装备的高速精密定位系统设计理论与关键技术，开发基于音圈电机直驱的新型高速精密定位系统样机，并将其用于实际生产。高速精密定位系统设计理论和关键技术是发展具有自主知识产权的IC 制造装备的重要基础，属国家和天津市中长期科技战略发展规划范畴，具有重要研究意义和工程实用价值。

研究内容：

(1) 针对IC芯片封装装备的功能要求，研究基于音圈电机直驱的一类运动坐标解偶的高速精密定位系统的总体布局、结构动态设计理论方法、系统结构动力学建模与动态特性分析、运动误差建模与补偿方法、定位系统性能预估技术、高速运动状态下定位系统的精密反馈控制算法与实施策略等一系列关键技术理论；

(2) 建立高速精密定位系统性能指标测试和技术开发平台；

(3) 研究高速精密定位系统关键零部件制造与整机装配技术，建造三自由度平动高速精密定位系统样机；

(4) 通过实际IC芯片封装试验，演示系统的有效性，为进一步推广应用奠定基础。

理论研究

(1) 微进给系统结构创新设计

(2) 微铣削过程建模与物理仿真

(3) 微小型超精密机床的设计理论与方法

(4) 高速精密切削理论方法

(5) IC电子芯片引线键合机的机构设计与控制

方向三：生物制造技术

1齿科陶瓷口腔磨削修复物理仿真及机理研究

项目研究目的：

利用高速牙科手机进行口腔修复齿科陶瓷是口腔修复医学中的关键技术难题，问题的难点包括：口腔环境的复杂性，陶瓷材料的去除困难，极易产生磨削微裂纹和微破坏而导致陶瓷牙齿的早期微观破坏和突发性宏观破坏，动态磨削力、振动及金刚石磨具的磨损难于控制等。本项目针对上述问题，拟通过对口腔磨削修复过程的物理仿真，研究利用高速牙科手机及金刚石磨料磨具修复齿科陶瓷材料的若干关键技术，目的旨在为训练和指导牙科医生进行口腔临床齿科陶瓷的快速精准修复提供理论依据。

项目研究主要内容：

(1) 模拟口腔环境下的高速牙科手机磨削修复物理仿真

(2) 高速牙科手机磨削力和磨削振动特性研究

(3) 牙用金刚石磨具磨损机制的研究

(4) 口腔修复中冷却液的化学辅助机制研究

(5) 齿科陶瓷口腔修复培训平台的建立

在（1）、（2）、（3）和（4）的研究基础上，建立具有多感知信息测试与监控功能的模拟口腔修复的培训平台，用以训练和指导牙科医生利用牙科手机和金刚石磨具对齿科陶瓷进行快速精准修复；并以此为依据，指导牙科医生的临床实践

义齿CAD/CAM技术研究与系统开发