专  业：机械设计及理论

导  师：张俊 教授

邮  箱: 无

实验室：机械学院北楼309

教育及工作背景：

2023.09 至今       福州大学  机械设计及理论   攻读博士学位

2020.09-2023.06  福州大学  机械工程            工学硕士学位

2016.09-2020.06  福州大学  机械设计制造及其自动化    工学学士学位

研究方向：

机器人机构学

参与科研项目：

1.福建省科学技术厅, 自然科学基金项目（杰青）, 基于1T2R并联式摆角头的五轴混联数控加工单元设计理论与关键技术研究（2020J06010）,2020-2023，参与

2.福建省科学技术厅, 高校产学合作项目,基于过约束冗余驱动并联模块的混联数控装备研究及产业化（2019H6006）, 2019-2022，参与

3.企业合作（厦门万久科技股份有限公司）,横向合作项目, 高端并混联数控装备研发（00201806）, 2018-2022，参与

4.重庆大学机械传动国家重点实验室开放基金资助项目，冗余驱动并联机构的误差分析与精度设计（SKLMT-ZDKFKT-202003）,2020-2022，参与

发表论文：

1.Zhen He, Hanliang Fang, Yufei Bao, et al. Smooth toolpath interpolation for 5-axis hybrid machine tool. Robotica, 2022, 40(12): 4431-4454

2.Kailong Wang, Zhen He, Chengyang Wu, et al. Dynamic modelling and analysis of a novel redundantly actuated parallel spindle head. 2022 5th World Conference on Mechanical Engineering and Intelligent Manufacturing (WCMEIM), IEEE, 2022: 1120-1125.

3.Hanliang Fang, Tengfei Tang, Zhen He, et al. A novel hybrid machine tool integrating a symmetrical redundantly actuated parallel mechanism: design, kinematics, prototype and experiment. Mechanism and Machine Theory, 2022, 176: 105013.

4.Hanliang Fang, Tengfei Tang, Zhen He, et al. Evaluation on redundancy-induced rigidity enhancement of a parallel manipulator. Journal of Mechanisms and Robotics,2023,15(4):041009.

授权专利：

1.含过约束冗余驱动的三自由度并联式主轴头, 实用新型专利，专利号: ZL202120730224.3.

2.混联数控机床刀具轨迹后处理软件, 软件著作，登记号: 2022SR1490265

奖项与荣誉：

2020年 福州大学硕士研究生优秀新生二等奖学金

2021年 第三届福建省研究生电子设计竞赛一等奖

2021年 “兆易创新杯”第十六届中国研究生电子设计竞赛华东赛区三等奖

2022年 “申昊杯”第四届中国研究生机器人创新设计大赛三等奖

硕士学位论文简介：

五轴混联机床的刀具轨迹光顺与速度控制策略

五轴混联机床是航空、航天等先进制造领域复杂结构件高效加工的潜在替代方案。然而，小线段路径切向不连续、刀具运动平滑性差等问题阻碍了此类机床的高速高精度加工。为此，本文以提高五轴混联机床的加工精度和加工效率为目标，深入研究拐角光顺与插补、速度控制策略和轮廓误差计算与补偿方法等关键技术。全文的主要工作如下：

首先，提出五轴刀具轨迹的拐角光顺与插补算法。构建具有C4连续的PH样条曲线，并将其分别应用于刀尖位置轨迹光顺和刀具方向轨迹光顺，实现五轴刀具轨迹的拐角光顺和光顺误差的严格控制。针对两者解耦后不同步的问题，通过调整PH样条曲线的控制多边形和将剩余直线段替换成七次B样条曲线实现两者的解析同步。并在插补中采用预估-校正法，提高了插补精度。

其次，提出五轴混联机床的速度控制策略。考虑五轴混联机床的结构特点和运动控制方式，采用工作空间速度控制与关节空间速度控制相结合的速度控制策略。针对工作空间速度控制，通过分析刀具轨迹约束、关节驱动力/力矩约束和振动误差约束获得机床末端的最大速度、加速度曲线，并采用混合S形曲线加减速控制方法实现了插补段内的柔性加减速规划。针对关节空间速度控制，采用PVT插补算法获得精确的驱动轴位置和速度信息，并对该算法造成的位置误差和速度稳定性进行预估。

然后，建立五轴加工轮廓误差计算模型并据此提出五轴加工轮廓误差补偿方法。针对拐角光顺后的五轴刀具轨迹，采用垂直比例值判断垂足点位置，建立一种快速和精准的五轴加工轮廓误差计算模型。在此基础上，提出一种结合预测补偿控制和反馈补偿控制的五轴加工轮廓误差双层补偿控制方法，实现轮廓误差的快速稳定补偿；并搭建五轴加工轮廓误差补偿控制系统。

最后，以2UPR-2RPS&XY型混联机床为例，开展相关实验研究。基于2UPR-2RPS&XY型混联机床的运动学、刚体动力学和弹性动力学分析，开展上述算法的应用与实验验证。结果表明，所提算法有效提高了加工试件的加工精度和加工效率、降低了速度波动。

论文工作解决了小线段路径切向不连续、刀具运动平滑性差以及轮廓误差计算与补偿精度低的问题，可为混联机床的拐角光顺、速度控制和轮廓误差控制提供方法支撑，也为实现高端并/混联数控装备的高速高精度加工奠定理论基础。