基于少自由度并/混联机构的负载模拟器设计原理与应用研究

本项目的研究对象是一类基于少自由度并/混联机构的负载模拟器。这类机构向被加载对象施加多维度的广义力/力矩，具有复合加载和多维解耦的特点。负载模拟器应满足精度高、动态响应快、抗干扰能力强、稳定性好的要求。项目力图从机构构型综合创新着手，探寻广义输出力解耦-自由度之间可能存在的映射联系，挖掘满足多种复合加载类型的少自由度并/混联新机构的解族，在运动-约束一致性原则下探索刚柔结合设计方法，尝试解族的拓扑结构描述和图谱化、可视化表达形式。最后，通过一种创新的负载模拟器真实样机的研发和性能测试，验证理论成果。.本项目研究成果可为面向真实负载模拟器设计提供理论依据和技术支撑。

复合负载模拟器是一类半物理（实验）的仿真设备，它可以在实验室条件下模拟被测对象在实际工作状态下的载荷环境，从而测试其在真实环境的工作性能。目前，能够实现复合负载的设备构型仍然较少，同时也缺乏相应的设计准则来指导设计。并联机构在多轴数控机床和运动模拟器领域的成功应用，为负载模拟器的设计带来了灵感。如何将并联机构有效应用到负载模拟器领域中去，是目前亟待解决的问题。本研究从这一问题出发，展开了如下研究：1) 分析并总结了在常见材料测试中所出现的常规载荷类型，提出了并联机构自由度与常规载荷类型之间的映射关系。2）以载荷功能模块为基本单元，根据混联构型中各个模块之间的联接特点对混联机构进行了分类，提出相应的载荷与自由度的映射关系。3）分析了各类复合负载所对应的动平台运动模式，提出了动平台产生伴随运动的原因，并给出了运动模式层面的解决方案。4）提出了实现目标负载所需要具备的支链特征。5）提出了适用于复合负载模拟器的新构型。6）进行了针对各类复合负载的载荷分解研究。7）研制了一套混联式复合负载模拟器实验样机。