可折展多操作模式并联机构设计理论研究

Since the special motion demand of aerospace mechanism, this project will take operation object and external environment as virtual platform, apply the structural advantage of parallel mechanism with multi-chain topology and the design method of folded-deployed mechanism to design a kind of aerospace mechanisms, which can possess folded-deployed property and multi-operation ability. The mechanism can transform operating modes to complete different tasks of aerospace operating device through autonomous combination and release of the operation chain. This project will reveal the mapping relationship among external environment, working task and chain distribution, and investigate the composition principle of parallel mechanism with multi-operation capacity and folded-deployed property. The project focuses on the research of influence rule of dimension constraint, motion constraint and geometric constraint and multi-stage logic of split method, and proposes the synthesis method of folded-deployed chain configuration. Then, the performance evaluation of efficiency and output characteristics, mechanism operation and folded-deployed coupling will be studied. Finally, the design theory and configuration optimization method of such aerospace mechanism will be obtained. The results of this project can provides scientific support for the development of aerospace robot technology.

项目针对宇航空间机构的特殊运动需求，应用并联机构具有多条支链的拓扑结构优势，以外部环境和操作对象作为虚拟动平台，同时结合折展机构设计方法，设计兼具折展性能和多工作模式的并联机构。该类机构可通过支链组合配置，自主释放等方法改变机构拓扑形式，从而改变机构操作模式，完成航空航天操作装置的多种作业任务。项目拟研究并揭示动平台适应外部环境、实现工作任务与支链配置形式的综合映射关系，探究可折展多操作模式并联机构组成原理，重点研究机构的尺度约束、运动约束和几何约束对运动传递的影响规律和多级折展逻辑拆分方法，提出机构可配置折展支链构型综合方法。同时针对机构操作与折展之间的耦合性能、输出特性和效率等性能评价和影响因素进行研究。最终，提出兼具折展性能和多工作模式的并联机构设计理论，得出符合设计条件的系列机构和优选设计方法。为推动航空航天机器人技术的发展提供科学支持。

项目针对宇航空间机构的运载器受限和多工作模式的特殊需求，应用并联机构具有多条支链的拓扑结构优势，以外部环境和操作对象作为虚拟动平台，同时结合折展机构设计方法，设计兼具折展性能和多工作模式的并联机构。项目开展面向操作任务以及外部工作环境特征提取方法的研究，揭示了机构适应外部环境、实现工作任务与支链配置形式的综合映射关系。对支链折展模式以及折展过程中占用全区域的体积和形式进行分类规划，研究折展支链的折展单元可拆分性，从运动副约束关系及支链分级折展逻辑拆分出发，研究并得到了折展支链设计方法。基于所设计折展支链与操作平台一体化设计思想，研究了可折展多操作模式并联机构组成原理，重点研究机构的尺度约束、运动约束和几何约束对运动传递的影响规律和多级折展逻辑拆分方法，提出了可折展多操作模式并联机构的构型综合理论。针对机构操作与折展之间的耦合性能、输出特性和效率等性能评价和影响因素，提出了能够清晰直观表达此类机构的性能参数，制定了评价操作和折展性能的方法，并获得了性能优异的典型机构。针对典型机构，设计了符合特殊操作要求的折展实现与多模式切换算法。通过智能控制进行联合仿真，完成了机构全工况动作要求及工作任务。最后，根据真实理论分析数据和虚拟仿真结果，进行了支链折展、多臂协调、步态行走、固定操作以及多模式切换的样机功能测试，研究了可折展多操作模式并联机构控制方法。项目提出的机构设计方法及基础理论，为推动机器人技术进一步应用于宇航领域提供了良好的科学支持。