[发明专利]基于并联机构驱动力闭环的多自由度加载方法

摘要

本发明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。可以实现对被试件的复杂多自由度受力和力矩的加载，不仅可以静态加载，而且可以动态加载。并且可以精确地计算出施加在被试件上的加载力和力矩。

主权项

1.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，其特征在于：，方法如下：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；G：加载装置重力项；在动态加载过程中，加载平台的输出力和力矩周期性变化，负载刚度远小于加载平台刚度时，系统加载平台的位姿有较大的动态变化，得到动态力平衡方程为：Jl,xT(sx)fa=Mp(sx)x··+Cp(sx,x·)x·+Gp(sx)+Γ]]>式中sx：加载平台中心的广义坐标，M_p(sx)：质量矩阵；科氏/向心项系数矩阵；G_p(sx)：重力项矩阵；加载平台雅克比矩阵；Г：加载平台输出的广义加载力；步骤二：利用单个的作动器的驱动力闭环控制系统将每个作动器上的驱动力都调节到步骤一计算出的结果，同时每个作动器驱动力闭环控制系统都有一个单自由度的力传感器，实时监测和反馈作动器的受力情况，六自由度并联机构加载系统的所有作动器的驱动力调整到理想状态时，进行对被试件进行加载试验和性能测试；所述的作动器采用的是电液伺服驱动力控制系统或采用电动缸和力矩电机进行加载。