[发明专利]基于并联机构驱动力闭环的多自由度加载方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械和液压技术，具体说就是一种基于并联机构驱动力闭环的多自由度加载方法。

背景技术

多自由度加载试验系统是一种重要的载荷模拟和构件性能测试设备。随着我国机械、航天、建筑等行业的飞速发展，各种新型材料和新型结构体得到了广泛的研究和应用，这些新型材料和新型结构体中的各种构件通常具有更加复杂的受力状态，采用常规的单轴加载试验得到的本构关系会造成很大的分析误差，严重时会误导方案选型和结构设计，造成严重的损失。然而局限于现有的试验设备和方法，目前还没有进行复杂受力条件下的本构关系试验的合适试验设备，特别是能够进行较大尺度构件的复杂受力条件下的本构关系试验研究的多自由度加载试验设备。并且对于大型复杂结构体进行加载试验时需要测量它们所受到的力或者力矩，常用的方法是利用六自由度传感器进行测量，但是六自由度传感器的不仅测量范围十分有限，而且造价特别昂贵，目前也并没有合适的解决方案。

并联机构相对于串联机构而言具有刚度大、承载能力强等优点，而且具有多自由度的运动能力。因此将六自由度并联机构应用到对各种复杂受力构件或材料的性能测试中，实现对被试件进行多轴力和力矩的同时加载测试试验。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于并联机构驱动力闭环的多自由度加载方法，通过将被试件上需要施加的力和力矩转换成加载六自由度并联机构各作动器的驱动力，然后在并联机构各作动器上进行力闭环控制，实现对被试件的多自由度加载的控制方法。同时还可以将并联机构驱动力进行力正解运算，解算出施加到被试件上的力和力矩，从而控制六自由度并联机构对复杂受力被试件实现精确的多自由度力加载。由此在不使用六自由度传感器的情况下，测算出被试件上的力和力矩。

本发明的目的是这样实现的：一种基于并联机构驱动力闭环的多自由度加载方法，运用并联机构实现多自由度力和力矩的同时加载，采用并联机构各驱动力闭环控制实现对被试件施加多个自由度的力和力矩，方法具体如下：

步骤一：通过将六自由度并联机构加载系统工作空间中被试件所受的力和力矩映射到并联机构的铰点空间中，建立六自由度并联机构加载平台输出力和力矩与并联机构各作动器输出力之间的力平衡方程，将被试件上所需要加载的力和力矩转换成并联机构各作动器的驱动力；

被试件的力加载分为静态加载和动态力加载两种；

在静态加载过程中，上平台的输出力和力矩达到预定值后保持不变，与上平台受到各作动器驱动力形成的合力也就是加载系统对被试件进行加载所需的广义加载力中的力分量F＝[F_x F_y F_z]^T，以及力矩分量M＝[M_x M_y M_z]^T，各作动器的驱动力f_a与动平台的广义输出力FM]]>之间满足关系：

LnTAm×Lnfa=FM-G]]>

式中L_n：加载作动器方向矢量；

T：旋转坐标变换阵；

A：并联机构上铰点坐标阵；