基于耦合构件特征变化分析的变胞机构构型与尺度综合方法研究

变胞机构可根据环境和工况的变化与任务需求，发生构型的序列变化，存在多组构态的耦合关系。体现其耦合关系的各构态机构耦合构件的特征变化是影响变胞机构结构学特性和机构整体的运动学/动力学综合性能的重要因素。本项目拟对耦合构件的约束和尺度特征变化进行分析，重点解决其约束变化与机构构型变化之间的映射关系和实现规律、多构态机构设计方案优选方法以及耦合构件尺度参数的灵敏度分析等关键问题。在此基础上，分别提出变胞机构的构型综合与尺度综合方法。开展变胞机构的虚拟样机设计及仿真分析研究，研制一种面向航天应用的典型变胞机构原理样机，并进行设计方法的实验验证。.项目研究成果对于变胞机构设计理论的发展及其应用有着重要的指导意义。

变胞机构可根据环境和工况的变化与任务需求，发生构型的序列变化，存在多组构态的耦合关系。体现其耦合关系的各构态机构耦合构件的特征变化是影响变胞机构结构学特性和机构整体的运动学/动力学综合性能的重要因素。项目为研究各邻接构态机构耦合构件的约束变化规律，提出了一种可综合反映运动副和构件变化特征的符号矩阵方法，实现了对变胞机构各构态机构拓扑结构的完整描述，并通过定义的广义运算规则得到了各构态机构拓扑变化特征和耦合规律；结合变胞运动副的约束变化规律，分析了其与机构构型的映射关系，提出了基于各邻接构态约束变化实现规律分析的机构设计方案优选方法；进一步提出了变胞机构构型综合方法，其实质是根据变胞机构各阶段工作任务和约束条件得到各构态机构构型方案，组合为形态学矩阵，通过设计方案相似度分析和筛选，再根据约束变化特征设计变胞运动副以实现各最优相邻构态机构方案的耦合。项目总结了变胞机构优化不同于常规机构优化的特点包括设计变量、约束和优化模型之间的耦合关系，基于多学科优化思想提出了具有普遍适用性的变胞机构尺度综合方法，阐述了其系统层优化模型和各构态优化模型的建立和求解方法。进一步对体现构态间耦合关系的构件参数进行了灵敏度分析，获得了耦合构件参数的变化对各构态机构及整体机构综合性能的影响规律。实例优化结果证明应用该方法可以有效地解决复杂的变胞机构各构态之间的耦合问题，为系统化研究变胞机构提供了理论和应用基础。应用所提出的变胞构型和尺度综合理论与方法，分别设计了一种新型3UPU并联变胞机构和空间对称6R机构等，并进行了虚拟机样机仿真分析，最后测试了机构的性能，验证了所提出理论和方法的正确性。最后探讨了所设计的变胞机构在航天领域内的应用。依托本项目，发表和录用高水平学术论文8篇，其中SCI检索2篇，EI检索6篇。参加国内外高水平学术会议3次。申请国家发明专利5项，已授权1项。培养博士生2名，硕士生1名。