复合单叶双曲面上动态各向同性并联机构理论分析与优化设计

并联机构在国防、航天的大型空间光学仪器、精密跟瞄机构及机载激光器等精密定位及指向领域具有广泛前景，但传统标准Stewart并联机构满足完全各向同性时对负载约束极为苛刻，使得自由度间必然存在耦合。打破负载约束，实现低耦合、高精度的动态各向同性并联机构设计是国际研究的热点和前沿。而且传统并联机构设计注重几何结构优化设计，并未兼顾系统的动态特性和控制性能。本项目将以分组、多环分布、旋转对称的新型并联机构为切入点，基于新指标（动态各向同性）和新定义（复合单叶双曲面）研究并联机构，揭示并联机构结构几何参数、负载质量几何特性及控制系统动态特性间的匹配关系，提出构造并联机构的新方法和新分类；由局部动态各向同性向全域工作空间渗透，分析全域动态各向同性和耦合特性；结合数字化虚拟样机技术和优化算法，提出动态各向同性并联机构优化设计理论和方法，为精密定位及指向的低耦合、高精度并联机构提供理论依据和技术保障。

在国防、航天的六维力传感器、六维加速度传感器、大型空间光学仪器、精密跟瞄机构及机载激光器等精密定位及指向领域，并联机构具有广泛的应用前景。普遍采用的标准Gough-Stewart并联机构，不能达到力各向同性、加速度各向同性或动态各向同性，尤其后两者满足各向同性时对负载约束极为苛刻且不可实现，因此标准Gough-Stewart并联机构必然存在本质耦合特性。这极大影响了并联机构的性能，使得运动规划、高精度控制、标定和补偿等实现困难。因此，打破负载约束，实现低耦合、高精度的各向同性并联机构设计，是国际研究的前沿和热点问题。.课题将以分组、多环分布、旋转对称的新型并联机构（广义Gough-Stewart并联机构）为切入点，提出新指标（动态各向同性）和新定义（复合单叶双曲面），采用并联机构的传统结构参数描述方法和基于复合单叶双曲面的新描述两条技术路线，研究广义Gough-Stewart并联机构及其特例（标准Gough-Stewart并联机构）的力各向同性、加速度各向同性和动态各向同性问题，揭示并联机构的结构几何参数、负载质量几何特性及控制系统动态特性与各向同性间的匹配关系，分别推导了这三种各向同性封闭、解析的数学描述，并为冗余并联机构构型综合、刚柔混合驱动的广义Gough-Stewart并联机构提供了理论指导；结合数字化虚拟样机技术和优化算法，建立了一种基于复合单叶双曲面构造具有特定性能并联机构的理论基础，以此形成了可应用于工程实际的优化设计方法，为空间六维力或加速度的高精度测量，以及主动隔振、精密定位及指向等高精度、微操作领域的并联机构设计提供理论依据和技术保障。.课题组发表EI论文2篇，申请发明专利9项，授权4项，以课题阶段性成果为支撑获得了国家自然科学基金面上资助项目1项。