复杂多环耦合机构的数字化综合理论及基于此的大型复杂重载机械装备的概念创新设计理论

Large complex heavy-load mechanical equipment with complex polycyclic coupling mechanisms (planar or spatial) as the cores has gained broad applications in modern society. The development of such new equipment with proprietary intellectual property rights is the pivot for our coutry to transform from 'Made in China' to 'Invented in China'..The project intends to found a digital structural synthesis theory for complex polycyclic coupling mechanisms, and based on the theory develop a conceptual innovation design theory for large complex heavy-load mechanical equipment. First，on the basis of the screw theory and the planar mechanism digital topology theory which the applicant has already established，the new topological models and the digital topology theory for complex polycyclic coupling mechanisms will be built. Then，the digital structural synthesis theory for complex polycyclic coupling mechanisms will be developed on the structural synthesis theories for spatial parallel mechanisms and planar kinematic chains. Finally, on the study of the indices of the topological performance of the mechanisms and the classification atlas database，a systematic conceptual innovation design theory will be constructed for large complex heavy-load mechanical equipment, which is featured by the integration of design requirement, automatic synthesis and performance indices..The study will greatly promote the research of the digital structural synthesis theory for complex polycyclic coupling mechanisms. It will also lay an important foundation for the innovation design of large complex heavy-load mechanical equipment and the development of new equipment with proprietary intellectual property rights.

以复杂多环耦合机构(含平面和空间)为核心机构的大型复杂重载机械装备在现代社会得到广泛应用，而研制具有自主产权的新装备是"中国制造"走向"中国创造"的根本。.本项目将建立以数字化为特色的复杂多环耦合机构的结构综合理论，并以此理论为基础创建大型复杂重载机械装备的概念创新设计理论。首先，以螺旋理论和申请人业已建立的平面机构数字化拓扑理论为基础，建立复杂多环耦合机构的新拓扑模型和数字化拓扑理论。然后，在空间并联机构结构综合和平面运动链结构综合理论的基础上，建立复杂多环耦合机构结构的数字化综合理论。最后，在对机构拓扑性能指标和分类图谱库研究的基础上，建立一套系统的集设计要求、自动综合和性能指标为一体的大型重载机械装备的概念创新设计理论体系。.本项目的研究将有力推动以数字化为特色的复杂多环耦合机构结构综合理论的发展，并为大型复杂重载机械装备的创新设计和具有自主产权的新机型的研发奠定重要基础。

以复杂多环耦合机构(含平面和空间)为核心机构的大型复杂重载机械装备在现代社会得到了广泛应用，而研制具有自主产权的新装备是从“中国制造”走向“中国创造”的根本。.本项目研究了以数字化为特色的空间和平面复杂多环耦合机构的结构综合理论，并以此理论为基础研究了其核心机构均为复杂多环耦合机构的锻造操作机和正铲液压挖掘机的创新设计，开发了多款新机型。.在空间复杂多环耦合机构方面，首先，以空间并联机构为研究对象，研究了与并联机构具有一一对应关系的唯一字符描述，并进一步研究了并联机构自由度的自动分析方法和构型的自动综合方法。接着，基于空间并联机构的构型自动综合，以两层两环空间耦合机构这种比空间并联机构结构形式更为复杂的空间多环耦合机构为例，研究了其自由度的自动分析方法，建立了一般性的两层两环耦合机构的自动综合理论，并综合出所有14类两层两环空间耦合机构。.在平面复杂多环耦合机构方面，首先，应用平面不可分离单铰运动链拓扑图简化特征码和综合约束方程组，首次建立了完整的平面20杆以内2-6个独立环路的所有可能自由度的不可分离单铰运动链拓扑图图谱库；第二，基于平面不可分离运动链拓扑图图谱库及运动链拓扑图的顶点对称性，建立了平面2-6自由度可分离运动链构型图谱库；第三，基于平面单铰运动链拓扑图和平面复铰运动链拓扑图的映射关系，以平面单铰运动链拓扑图图谱库为基础，提出了平面复铰运动链构型自动综合方法，并建立了平面复铰运动链拓扑图分类图谱库。.基于平面和空间多环耦合机构的数字化构型综合理论，分别对六自由度锻造操作机和正铲液压挖掘装置的机构构型进行了创新设计，研制了实验样机。.本项研究将有力推动以数字化为特色的复杂多环耦合机构结构综合理论的发展，对大型复杂重载机械装备的创新设计和具有自主产权的新机型的研发有重要理论意义和实用价值。发表学术论文19篇，其中SCI收录10篇，EI收录6篇。获得国家发明专利12项，国家计算机软件著作权2项。