专 业：机械设计及理论
导 师：张俊 教授
毕业去向：福州大学先进制造学院
教育及工作背景：
2019年9月至2023年6月 福州大学 机械设计及理论 工学博士学位
2022年7月至2022年12月 厦门万久科技股份有限公司 混联数控装备研发岗（兼职）
2016年9月至2019年6月 福州大学 机械电子工程 工学硕士学位
2012年9月至2016年6月 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：
并联机器人与混联数控加工装备
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，主研
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，主研
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，主研
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，主研
5.“闽江学者”特聘教授专项，面向铝合金结构件的三自由度并联摆角头设计理论与关键技术研究，2016-2019，主研
6.福建省大学生创新创业项目，瓜果成熟度测定仪，负责人
发表论文：
1. Fang H , Tang T, He Z, Liu Y, Zhang J. A novel hybrid machine tool integrating a symmetrical redundantly actuated parallel mechanism: Design, kinematics, prototype and experiment[J]. Mech. Mach. Theory, 2022, 176. (Q1, IF=4.93)
2. Fang H , Tang T, Zhang J. Kinematic analysis and comparison of a 2R1T redundantly actuated parallel manipulator and its non-redundantly actuated forms[J]. Mech. Mach. Theory, 2019, 142. (Q1, IF=4.93)
3. Fang H , Tang T, He Z, Zhang J. Evaluation on redundancy-induced rigidity enhancement of a parallel manipulator[J]. ASME J. Mech. Rob., 2022, 15(4). (Q2, IF= 2.576)
4. Tang T, Fang H, Luo H, Song Y, Zhang J. Type synthesis, unified kinematic analysis and prototype validation of a family of Exechon inspired parallel mechanisms for 5-axis hybrid kinematic machine tools[J]. Rob. Comput. Integr. Manuf., 2021, 72. (Q1, IF=10.103)
5. Tang T, Fang H, Zhang J. Hierarchical design, laboratory prototype fabrication and machining tests of a novel 5-axis hybrid serial-parallel kinematic machine tool[J]. Rob. Comput. Integr. Manuf., 2020, 64. (Q1, IF=10.103)
6. He Z, Fang H, Bao Y, Yang F, Zhang J. Smooth toolpath interpolation for a 5-axis hybrid machine tool[J]. Robotica, 2022, 40(12). (Q4, IF=2.406)
7. Jiang S, Chi C, Fang H, Tang T, Zhang J. A minimal-error-model based two-step kinematic calibration methodology for redundantly actuated parallel manipulators: An application to a 3-DOF spindle head[J]. Mech. Mach. Theory, 2022, 167. (Q1, IF=4.93)
8. Tang T, Chi C, Fang H, Zhang J, Geometric error propagation model-based accuracy synthesis and its application to a 1T2R parallel manipulator[J]. ASME J. Mech. Des., 2022, 144(7). (Q1, IF= 3.441)
9. Tang T, Luo H, Song Y, Fang H, Zhang J. Chebyshev inclusion function based interval kinetostatic modeling and parameter sensitivity analysis for Exechon-like parallel kinematic machines with parameter uncertainties[J]. Mech. Mach. Theory, 2021, 157 (Q1, IF=4.93)
10. 张俊, 鲍雨菲, 方汉良, 宋亚庆. 新型5轴混联加工单元的后置处理算法[J]. 机械工程学报, 2023, 58. (EI 收录)
11. 张俊, 鲍雨菲, 方汉良, 刁吉瑞. 含冗余驱动并联机构的混联加工单元运动学分析及实验验证[J]. 机械传动, 2021, 7.
12. 汤腾飞, 方汉良, 张俊. 类Exechon并联机构模块可重构概念设计与运动学分析[J]. 天津大学学报(自然科学与工程技术版), 2019, 52(07). (EI 收录)
13. 张俊, 汤腾飞, 方汉良. 面向大型航空结构件的混联柔性制造系统概念设计与性能评估[J]. 西安交通大学学报, 2019, 53(01). (EI 收录)
授权专利：
1.一种低运动质量的空间三自由度并联机构及使用方法，发明专利，专利号:ZL 201811267291.5.
2.含冗余约束的空间五自由度混联加工装备，实用新型专利，专利号:ZL 201820974253.2.
3.2R1T三自由度过约束并联机构，实用新型专利，专利号:ZL 2017209416488.
4.一种用于加工筒状零部件五轴混联加工机床，发明专利，专利号:CN 201811267281.1.
5.含冗余约束的空间五自由度混联加工装备及其使用方法，发明专利，专利号:CN 201810657309.6.
6.2R1T三自由度过约束并联机构及其工作方法，发明专利，专利号:CN 201710641299.2.
7.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:ZL 202120730224.3.
8.含过约束少自由度并联模块的混联加工机器人，实用新型专利，专利号:ZL 201922126257.2.
9.一种低运动质量的空间三自由度并联机构，实用新型专利，专利号:ZL 201821758856.5.
10.一种空间两转动一平动的冗余约束并联机构及其工作方法，发明专利，专利号:CN 201810704479.5.
11.一种2R1T三自由度冗余驱动并联机构及其工作方法，实用新型专利，专利号:ZL 201711297434.2.
12.混联数控机床刀具轨迹后处理软件，实用新型专利，专利号:ZL 2022SR1490265.
荣誉与奖励：
2023年 福州大学博士生学业综合奖学金特等奖
2022年 中国机械工程学会优秀论文奖
2022年 福州大学博士研究生中期优秀学业奖学金
2021年 福建省研究生电子设计竞赛一等奖
2021年 全国研究生电子设计竞赛三等奖
2020年 国际会议优秀论文奖
2019年 福州大学博士研究生新生特等奖学金
博士学位论文简介：
含全对称大摆角冗余驱动并联操作头的五轴混联加工单元集成设计
面向智能制造领域对五轴加工装备的现实需求，本文旨在研发一类集成全对称大摆角冗余驱动并联操作头的新型五轴混联加工单元，并开展其构型综合、尺度综合、轻质高刚设计、精度综合、样机研制及性能测试研究。论文主要研究内容及贡献如下：
（1）提出了冗余驱动并联操作头拓扑构型综合方法。该方法以具有等效约束的少自由度运动支链为基本单元，实现了冗余驱动并联操作头支链拓扑及运动/约束特征的参数化设计。采用该方法，综合遴选出一类具有全对称特征的冗余驱动并联操作头，并以其为核心骨架开展混联加工单元串-并联模块的选配与布局方案研究，最终形成用机械结构表征的新型五轴混联加工单元概念设计。相关工作，解决了混联加工单元机构创新设计中运动能力-拓扑参数的匹配问题。
（2）提出了融合连续和瞬时运动特性的运动学性能评价指标体系。该指标体系综合表征了混联加工单元连续运动层面的摆角能力和工作空间大小及瞬时运动层面的灵巧度与运动传递性能。以构建的运动学性能指标阈值为约束，将混联加工单元的尺度寻优问题转化为数学形式下的非线性规划问题，实现了兼顾各类运动学性能的尺度综合。相关工作，为混联加工单元的运动学性能-尺度参数匹配设计提供数学依据。
（3）提出了以末端刚度为约束的冗余驱动并联操作头轻质高刚设计策略。该策略求解了含刚体运动关节/机构的非奇异刚度矩阵，构建出一种以部件为基本单元的并联操作头半解析刚度模型，揭示了其部件刚度与末端刚度的映射关系；构造了刚度性能评价指标与刚度强化系数，量化了并联操作头的末端刚度性能及各部件刚度的贡献量。相关工作，可用于指导混联加工单元末端刚度性能-结构参数的匹配设计。
（4）提出了以末端运动精度为约束的冗余驱动并联操作头精度综合方法。该方法量化了系统的过约束与冗余驱动特性，构建出一类融合结构变形和几何误差的并联操作头多源误差表征模型，实现了用单一数学模型同时表征其刚度与精度特性；构造了并联操作头的精度性能评价指标与误差传播效应系数，辨识出系统的敏感和非敏感几何误差项。相关工作，可用于指导混联加工单元末端精度性能-几何误差参数的匹配设计。
（5）提出一种基于“参数-性能”匹配的混联加工单元集成设计方法。该方法采用“拓扑—尺度—结构—精度”分层递进的设计策略，将此类装备的设计问题转化为数字化的设计流程。采用该方法，成功指导了新型混联加工单元的设计，研制出1台物理样机。设计结果表明，该混联加工单元物理样机具备五轴联动和空间大摆角能力（±52°），其末端定位精度可达±0.05mm，最高速度和加速度分别为400mm/s和0.75G。
（6）提出了兼顾系统动力边界与轨迹光顺的混联加工单元驱控策略，指导了驱控系统的搭建与人机交互软件的开发。该策略建立了并联操作头的刚体动力学模型，计算出极限工况下各驱动轴所需的最大速度和扭矩，为伺服电机选型提供理论依据；构造了基于样条曲线的刀路轨迹光顺算法，并结合所提混联加工单元的运动学模型，构建出配套的后处理与运动控制算法。相关工作，解决了一类混联加工单元的运动控制问题。
（7）以所建造的物理样机为对象，搭建了新型混联加工单元的综合性能测试平台，开展了运动学、静刚度、精度以及切削加工测试，并对切削试件的表面粗糙度进行了检测。测试结果表明，所设计的新型混联加工单元，具备良好的运动学、静力学、精度性能，可用于复杂结构件的五轴加工。
论文工作可为新型五轴混联加工单元的性能-参数适配与集成设计提供重要的理论支撑，对我国混联装备的自主研制与工业应用具有重要的参考价值。