多模式可重构可展机构的构型设计与理论研究

This project intends to investigate the mathematical definition and mechanism expression of the axis cluster of curved surface, combined polyhedron and general geometry, construct or select the reconfigurable units with motion bifurcation characteristics, and propose the construction and design method of the reconfigurable deployable mechanisms based on the axis cluster and reconfigurable units. This project will delve into the kinematics, dynamics in the deployment modes and stiffness/strength in the operation modes, propose the development and operation strategies of reconfigurable deployable mechanisms, solve and master key technologies such as locking, mode switching and joint limit, and establish the evaluation index system including folding ratio, link size, working space, internal volume, and stiffness/strength. A demonstration prototype of the reconfigurable deployable mechanism will be developed for a practical application to test the switching function between different development and operation modes. The main research contents include: (1) research on the construction method of reconfigurable deployable mechanism based on axis cluster; (2) kinematics analysis, dynamic analysis, and stiffness/strength analysis method; (3) research on mode switching and optimization design method; (4) application exploration and prototype development. This project intends to build the systematic construction methods, analysis methods and design methods of reconfigurable deployable mechanisms, and try to explore a new way for the reconfigurable design and application innovation of the deployable mechanisms.

本项目拟深入研究曲面、组合多面体及一般几何形体的轴线簇数学定义与机构学表达，构造、选取具有运动分岔特性的可重构单元，提出基于构造轴线簇和可重构单元的可重构可展机构的构造和设计方法。深入研究展开模式下的运动学、动力学及工作模式下的刚强度问题，提出可重构可展机构的展开和操作策略，解决和掌握锁止、模式切换及关节限位等关键技术，建立包含折叠展开比、连杆尺寸、工作空间、内部容积、刚强度指标等在内的评价指标体系，针对实际应用设计研制一台可重构可展机构原理演示样机，测试样机在不同展开及工作模式间的切换功能。主要研究内容包括：（1）基于构造轴线簇的可重构可展机构构造方法研究；（2）运动学分析、动力学分析、刚强度分析方法研究；（3）展开模式切换与优化设计方法研究；（4）应用探索与样机研制。本项目拟探索构建系统的可重构可展机构构造方法、分析方法和设计方法，尝试为可展机构的可重构设计与应用创新探索一条新的途径。

本项目深入了研究组合多面体及一般几何形体的轴线簇数学定义与机构学表达，构造、选取具有运动分岔特性的可重构单元，提出了基于构造轴线簇和可重构单元的可重构可展机构的构造和设计方法。深入了研究展开模式下的运动学、动力学及工作模式下的刚强度问题，提出可重构可展机构的展开和操作策略，解决和掌握锁止、模式切换及关节限位等关键技术，建立了包含折叠展开比、连杆尺寸、工作空间、内部容积等在内的评价指标，设计研制了4台可重构可展机构原理演示样机，测试样机在不同展开及工作模式间的切换功能。主要研究内容包括：（1）基于构造轴线簇的可重构可展机构构造方法研究；（2）运动学分析、动力学分析、刚强度分析方法研究；（3）展开模式切换与优化设计方法研究；（4）应用探索与样机研制。本项目在折展机构构造方法、多模式机构分析方法、多面体机构约束设计等方面开展了较为系统和深入的研究，取得了一系列研究成果，发表国内外权威期刊论文9篇（其中，中科院1区TOP期刊Mechanism and Machine Theory论文6篇、机械工程学报2篇、Frontiers of Mechanical Engineering期刊论文1篇），获批国家发明专利8项，提出了多种新型的折展机构单元，并基于这些单元机构提出了多面体、组网、回环连接等多种构造方法，所发表论文被国内外同行引用百余次，为多面体机构、多模式机构发展提供了新的单元机构和构造方法，为可展机构的可重构设计与应用创新探索一条新的途径。