基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)驅(qū)動力閉環(huán)的多自由度加載方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)驅(qū)動力閉環(huán)的多自由度加載方法，通過將被試件上需要施加的力和力矩轉(zhuǎn)換成加載六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)各作動器的驅(qū)動力，然后在并聯(lián)機(jī)構(gòu)各作動器上進(jìn)行力閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)對被試件的多自由度加載的控制方法。同時還可以將并聯(lián)機(jī)構(gòu)驅(qū)動力進(jìn)行力正解運(yùn)算，解算出施加到被試件上的力和力矩，從而控制六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)對復(fù)雜受力被試件實(shí)現(xiàn)精確的多自由度力加載。由此在不使用六自由度傳感器的情況下，測算出被試件上的力和力矩?？梢詫?shí)現(xiàn)對被試件的復(fù)雜多自由度受力和力矩的加載，不僅可以靜態(tài)加載，而且可以動態(tài)加載。并且可以精確地計(jì)算出施加在被試件上的加載力和力矩。
【專利說明】基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)驅(qū)動力閉環(huán)的多自由度加載方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械和液壓技術(shù)，具體說就是一種基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)驅(qū)動力閉環(huán)的多自由度加載方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多自由度加載試驗(yàn)系統(tǒng)是一種重要的載荷模擬和構(gòu)件性能測試設(shè)備。隨著我國機(jī)械、航天、建筑等行業(yè)的飛速發(fā)展，各種新型材料和新型結(jié)構(gòu)體得到了廣泛的研究和應(yīng)用，這些新型材料和新型結(jié)構(gòu)體中的各種構(gòu)件通常具有更加復(fù)雜的受力狀態(tài)，采用常規(guī)的單軸加載試驗(yàn)得到的本構(gòu)關(guān)系會造成很大的分析誤差，嚴(yán)重時會誤導(dǎo)方案選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，造成嚴(yán)重的損失。然而局限于現(xiàn)有的試驗(yàn)設(shè)備和方法，目前還沒有進(jìn)行復(fù)雜受力條件下的本構(gòu)關(guān)系試驗(yàn)的合適試驗(yàn)設(shè)備，特別是能夠進(jìn)行較大尺度構(gòu)件的復(fù)雜受力條件下的本構(gòu)關(guān)系試驗(yàn)研究的多自由度加載試驗(yàn)設(shè)備。并且對于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)體進(jìn)行加載試驗(yàn)時需要測量它們所受到的力或者力矩，常用的方法是利用六自由度傳感器進(jìn)行測量，但是六自由度傳感器的不僅測量范圍十分有限，而且造價(jià)特別昂貴，目前也并沒有合適的解決方案。
[0003]并聯(lián)機(jī)構(gòu)相對于串聯(lián)機(jī)構(gòu)而言具有剛度大、承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且具有多自由度的運(yùn)動能力。因此將六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)應(yīng)用到對各種復(fù)雜受力構(gòu)件或材料的性能測試中，實(shí)現(xiàn)對被試件進(jìn)行多軸力和力矩的同時加載測試試驗(yàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)驅(qū)動力閉環(huán)的多自由度加載方法，通過將被試件上需要施加的力和力矩轉(zhuǎn)換成加載六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)各作動器的驅(qū)動力，然后在并聯(lián)機(jī)構(gòu)各作動器上進(jìn)行力閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)對被試件的多自由度加載的控制方法。同時還可以將并聯(lián)機(jī)構(gòu)驅(qū)動力進(jìn)行力正解運(yùn)算，解算出施加到被試件上的力和力矩，從而控制六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)對復(fù)雜受力被試件實(shí)現(xiàn)精確的多自由度力加載。由此在不使用六自由度傳感器的情況下，測算出被試件上的力和力矩。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)驅(qū)動力閉環(huán)的多自由度加載方法，運(yùn)用并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多自由度力和力矩的同時加載，采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)各驅(qū)動力閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)對被試件施加多個自由度的力和力矩，方法具體如下:
[0006]步驟一:通過將六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)加載系統(tǒng)工作空間中被試件所受的力和力矩映射到并聯(lián)機(jī)構(gòu)的鉸點(diǎn)空間中，建立六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)加載平臺輸出力和力矩與并聯(lián)機(jī)構(gòu)各作動器輸出力之間的力平衡方程，將被試件上所需要加載的力和力矩轉(zhuǎn)換成并聯(lián)機(jī)構(gòu)各作動器的驅(qū)動力；
[0007]被試件的力加載分為靜態(tài)加載和動態(tài)力加載兩種；
[0008]在靜態(tài)加載過程中，上平臺的輸出力和力矩達(dá)到預(yù)定值后保持不變，與上平臺受到各作動器驅(qū)動力形成的合力也就是加載系統(tǒng)對被試件進(jìn)行加載所需的廣義加載力中的力分量F= [Fx Fy FJt，以及力矩分量M= [Mx My MJt，各作動器的驅(qū)動力fa與動平臺的廣義輸出力
【權(quán)利要求】
1.基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)驅(qū)動力閉環(huán)的多自由度加載方法，運(yùn)用并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多自由度力和力矩的同時加載，采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)各驅(qū)動力閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)對被試件施加多個自由度的力和力矩，其特征在于:，方法如下:步驟一:通過將六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)加載系統(tǒng)工作空間中被試件所受的力和力矩映射到并聯(lián)機(jī)構(gòu)的鉸點(diǎn)空間中，建立六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)加載平臺輸出力和力矩與并聯(lián)機(jī)構(gòu)各作動器輸出力之間的力平衡方程，將被試件上所需要加載的力和力矩轉(zhuǎn)換成并聯(lián)機(jī)構(gòu)各作動器的驅(qū)動力；被試件的力加載分為靜態(tài)加載和動態(tài)力加載兩種；在靜態(tài)加載過程中，上平臺的輸出力和力矩達(dá)到預(yù)定值后保持不變，與上平臺受到各作動器驅(qū)動力形成的合力也就是加載系統(tǒng)對被試件進(jìn)行加載所需的廣義加載力中的力分量F= [Fx Fy FJt，以及力矩分量M= [Mx My MJt，各作動器的驅(qū)動力fa與動平臺的廣義輸(F)出力Λ/?之間滿足關(guān)系:
【文檔編號】G01M13/00GK103558079SQ201310515707
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】黃其濤, 徐彬, 尹鵬 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)