柔性鉸鏈概述

由于柔性機構(gòu)有以上優(yōu)點，使得它在微機電系統(tǒng)（MEMS）,精密定位，無裝配設(shè)計和仿生機械等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。作為柔性機構(gòu)最簡單形式之一的柔性鉸鏈具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，無間隙，無摩擦，無需潤滑，運動平滑連續(xù)和位移分辨率高（最高可達1nm）等優(yōu)點，已經(jīng)在航空，宇航，精密測量，光學(xué)工程和生物工程領(lǐng)域獲得重要的應(yīng)用。但是由于其反復(fù)變形容易引起疲勞破壞，對于具有集中柔性的柔性機構(gòu)又容易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，大變形引起的非彈性變形加上其設(shè)計和分析的難度，使得它在實際應(yīng)用中受到一定的限制。

微電子機械系統(tǒng)(MEMS)的機械和電子組件是由單一的過程裝配在一起的,但是,在這兩種組件的設(shè)計和裝配的自動化方面存在著不平衡現(xiàn)象?？偟膩碚f,按照典型的“從功能到裝配”的方式來自動化地設(shè)計微電子線路并不困難。在此過程中,機械組件要達到相同的自動化程度則要困難得多。為了完全自動化地設(shè)計和裝配MEMS,以獲得較好的經(jīng)濟效益,因此像微電子線路那樣對微型機械設(shè)計過程開發(fā)恰當(dāng)結(jié)構(gòu)就很有必要。但傳統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)是由剛性絞鏈連接組成的,它不能滿足這點及以下這些微觀領(lǐng)域內(nèi)的要求:①消除裝配需要;②把全部機構(gòu)限制在同一平面的一個或兩個層內(nèi);③減輕摩擦的不利影響

柔性機構(gòu)(一種能夠全面彎曲的機械)能滿足以上所有的要求,并且具有系統(tǒng)綜合的潛能。研究的焦點在于該機械的綜合方面及尋找系統(tǒng)的研究方法。在柔性機構(gòu)中,功能行為(如所需的彈性變形)是物質(zhì)實體的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、形狀、尺寸的直接結(jié)果,這三種特性一起提供了實體在外載荷下變形及所需的運動的本質(zhì)能力。因此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、形狀、尺寸決定了該實體是否是柔性結(jié)構(gòu)。2100433B

天津市先進機電系統(tǒng)設(shè)計與智能控制重點實驗室現(xiàn)有科研人員54人（教授19人，副教授13人，講師19人），其中天津特聘講座教授1人，天津市"131"創(chuàng)新型人才培養(yǎng)工程第二層次人選3人，第三層次人選13人，具備博士學(xué)位者43人，占到學(xué)術(shù)隊伍的80%，科研實力雄厚。

天津市先進機電系統(tǒng)設(shè)計與智能控制重點實驗室的主要研究方向：

一、機器人機構(gòu)學(xué)與控制

本方向主要研究帶柔性鉸鏈的微納米級操作機器人理論與關(guān)鍵技術(shù)、并聯(lián)機器人理論與關(guān)鍵技術(shù)、移動機器人控制與制導(dǎo)、多傳感器融合技術(shù)以及基于網(wǎng)絡(luò)的遙操作等。近幾年，本方向申報并獲批了多項國家自然科學(xué)基金及省部級科研基金，形成了堅實的后備科研梯隊。在國家基金委和天津市教委資助下,本團隊成員先后出訪美國、法國、德國、英國、澳大利亞等發(fā)達國家，與美國、英國、澳大利亞、日本等多所國際著名大學(xué)和研究單位開展合作研究。經(jīng)過多年的人才培養(yǎng)與引進，極大地促進和提升了本團隊的科研實力和水平，在微納操作機器人等方面的研究已經(jīng)達到了國際水平。目前學(xué)術(shù)梯隊更趨合理,在微納米操作機器人、并聯(lián)與移動機器人、機器人機構(gòu)學(xué)理論研究與工程應(yīng)用等方面形成了突出的科研優(yōu)勢。

二、仿生設(shè)計理論與制造

本方向研究包括面向設(shè)計的仿生、面向制造的仿生和面向控制的仿生，探索仿生制造系統(tǒng)的自組織控制機制與方法，有選擇性的在設(shè)計、制造及控制過程中應(yīng)用這些原理和特征。制造技術(shù)與生物技術(shù)密切結(jié)合產(chǎn)生了仿生制造技術(shù)、生物反應(yīng)器、單分子技術(shù)平臺，催生了大量的新產(chǎn)品和新產(chǎn)業(yè)，成為先進制造技術(shù)領(lǐng)域的一個重要組成部分和前沿方向，在醫(yī)療與健康、節(jié)能與環(huán)保等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景，目前實驗室具有自主研發(fā)的以直線電機為基礎(chǔ)的組合式多功能生物反應(yīng)器；音圈電機為動力的仿生雙頻載荷的組織工程裝置；以有限元為基礎(chǔ)的仿生設(shè)計技術(shù)；正在開發(fā)的多種單分子技術(shù)平臺，包括激光光鑷、生物膜力探針和單分子熒光成像平臺；實驗室配備有設(shè)計、制造相關(guān)的眾多檢測儀器，設(shè)備與儀器總價值270萬元，具備了良好的科研條件。

三、機電液一體化裝備集成

本方向緊密圍繞機電液一體化裝備集成的共性技術(shù)進行相關(guān)的理論研究與應(yīng)用開發(fā)，將機械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)等在系統(tǒng)工程基礎(chǔ)上的有機綜合，以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的最優(yōu)化，在關(guān)鍵零部件研究與系統(tǒng)開發(fā)方面形成了一個科研氛圍濃厚、創(chuàng)新能力突出的研究團隊。目前本研究方向在港口及海洋工程的物理模擬實驗研究領(lǐng)域、鋼管在線高速精確切割技術(shù)、液壓機生產(chǎn)的高效和節(jié)能技術(shù)以及精密機械控制技術(shù)方面形成了“企業(yè)需求帶動、理論研究驅(qū)動、校企合作聯(lián)動”的科研特色，既做到了高校科研的“頂天立地”，突出了理論研究的深度與廣度，又切實做到產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，在引導(dǎo)行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新、推動產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合方面發(fā)揮著重要作用。經(jīng)過近幾年的高速發(fā)展，本方向在機電液一體化裝備集成的共性技術(shù)研究方面積累了豐富的理論研究基礎(chǔ)和應(yīng)用開發(fā)經(jīng)驗。

天津市先進機電系統(tǒng)設(shè)計與智能控制重點實驗室先后承擔(dān)國家重點研發(fā)計劃項目、國家基金項目、天津市科委重點項目等90余項，企業(yè)項目80余項，累計實到科研經(jīng)費7500余萬元，發(fā)表論文500余篇，被SCI、EI檢索163篇，獲得天津市科學(xué)技術(shù)進步獎等省部級獎5項，軟件著作權(quán)和發(fā)明專利34項。實驗室承辦了圖像與信號處理國際會議（2008 International Congress on Image and Signal Processing(CISP 2008)）及生物醫(yī)學(xué)工程與信息國際會議（2008 International Conference on Biomedical Engineering and Informatics(BMEI 2008）兩項國際會議，主辦了第124屆模糊科學(xué)研討會等4次學(xué)術(shù)交流會議，并參加了多次國內(nèi)外學(xué)術(shù)會議。與美國、日本等多個國家的大學(xué)和研究機構(gòu)建立了穩(wěn)定的合作研究關(guān)系，進行過多次人員互訪和學(xué)術(shù)交流。 2100433B