平面两自由度全柔顺微运动并联机构的拓扑优化设计

首先分析了平面两自由度全柔顺并联机构的微运动学;然后在此基础上建立该机构的拓扑优化模型,运用OC算法对所建立的模型进行求解;最后运用有限元软件对所建立的三维模型进行仿真。得出通过拓扑优化得到的平面两自由度全柔顺并联机构可实现x和y两个方向的微运动,且与同构型的传统并联机构运动相似,验证了该方法的有效性。

基于多目标拓扑优化的全柔顺并联机构构型固有振动频率研究

为有效抑制随机振动对超精密定位与加工装备性能的影响,提高本体机构的固有响应频率,提出了基于多目标拓扑优化的全柔顺并联机构构型设计方法。基于折衷规划法和平均频率法定义了多目标优化函数,并以体积分数为约束条件,建立了全柔顺并联机构SIMP拓扑优化模型。基于Optistruct软件及优化准则算法,并结合微分矢量同构映射雅可比矩阵,实现了全柔顺并联机构构型多目标拓扑优化设计。研究结果表明:所设计出的3-PRR型全柔顺并联机构与并联原型机构具有微分运动一致性,且优化过程中的频率交叉振荡明显减弱并趋于收敛。

平面整体式三自由度全柔顺并联机构拓扑优化构型设计及振动频率分析

通过建立并联原型机构的微分雅克比矩阵方程,实现平面整体式三自由度全柔顺并联机构与并联原型机构之间的矢量同构映射。在此基础上,建立平面整体式3-PRR型全柔顺并联机构SIMP(Solid Isotropic Microstructure with Penalization Method)拓扑优化模型,并采用优化准则算法,结合矢量同构映射方程,进行了平面整体式3-PRR型全柔顺并联机构同构构型设计,通过应力分布和前四阶振动固有频率仿真对比研究表明:所采取的拓扑优化设计方法使平面整体式全柔顺并联机构具有一定的均布刚度和较好的振动抑制性能,且对其振动频率的分析可为机构尺寸优化及振型优化提供了重要的依据。同时,微运动特性的仿真表明其与传统并联原型机构之间的运动学同构性一致。该结果对平面整体式全柔顺并联机构的构型拓扑优化设计有实际意义。

基于SolidWorks & SimMechanics对3-UPU并联机器人运动学仿真及控制

基于螺旋理论,对3-UPU型并联机器人运动特性进行分析,运用SolidWorks软件建立机构模型,通过模型转换接口技术实现3-UPU型并联机器人SimMechanics可视化建模。并进行模糊PID控制系统设计,结合可视化模型实现3-UPU型并联机器人系统仿真。通过与传统PID控制仿真对比研究表明:3-UPU型并联机器人模糊PID控制系统具有控制精度高、响应速度快、动态性能好等优点,为少自由度并联机器人的可视化和控制系统研究等方面奠定理论研究基础。

基于多项式连续法的6-SPS并联机构正向位置分析

6自由度并联机构因其结构简单、运动容易和控制算法成熟而广泛应用,典型的并联机构就是Stewart平台。文章针对6-SPS并联机构正向位置分析所构造的非线性多项式方程组,结合多项式连续法和代数拓扑法,提出多项式连续拓扑法。与一般数值连续法相比,该方法可在无需初始值的情况下,利用多项式方程组的特殊属性,得到各封闭支链所有的正向运动位置解,同时消除诸如散度和分叉等问题,也被认为是一种有效逼近一个给定的非线性问题。对科学和工程应用中一些复杂环境下的非线性问题具有重要的借鉴意义。

刹车制动系统形状优化的基频研究

为改善刹车制动系统的动态特性。依据动力学原理推导盘式刹车片的固有频率解析式,运用OptiStruct对不同材料属性的盘式刹车片进行模态分析并验证理论解析的正确性,确定制动系统中最佳的材料。基于HyperMorph对盘式制动盘进行预变形定义并作为形状优化的设计变量,通过OptiStruct优化求解器计算盘式制动盘的最佳结构形状和设计变量灵敏度。它大大提高了盘式制动盘的低阶固有频率且灵敏度分析可给出优化过程中对优化结果影响最大的设计变量并进行针对性的改进。该方法对提高刹车制动系统的性能、降低制动噪音和减小振动有着非常重要的意义。

链轮结构静/动态多目标拓扑优化及敏度分析

为增强链轮结构的静态刚度及有效抑制外界激励的影响,将多目标理论并结合拓扑优化理论引入到链轮结构的设计。依据链轮的真实工况,分别对其进行静态刚度和动态固有频率最大化的优化设计。基于折衷规划法定义静态刚度和动态固有频率的多目标函数,并以体积分数为约束条件构建链轮结构的SIMP拓扑优化模型,基于OptiStruct的优化准则算法进行多目标优化求解。运用伴随变量法求解多目标函数相对设计变量的灵敏度,为结构整体性能改善及优化提供准确的梯度信息。最后,以链轮多目标优化结果为参考,基于SolidWorks进行二次设计,并对其进行静力学和模态分析用以验证优化前后结果的正确性。该方法对考虑多个目标的工程结构优化设计具有实际意义。

基于柔性并联连续体的灵巧操作手的设计及分析

提出了一种新型4-DOF柔性并联连续体机构,将该机构与末端绳驱动的抓手相结合,设计完成具有灵活抓取性能的操作手。将该柔性机构通过柔性支链等效的方式等效为传统刚性连杆的并联机构,并且运用螺旋理论对该机构进行自由度分析;采用经典的Cosserat Rod模型对机构进行运动学建模;通过对比分析三种并联连续体机构的可操作度,4-DOF并联连续体机构由于具有一个额外的扭转自由度,使得操作手能够更加灵活地抓取物体,在此基础上给出了一组操作手抓取的仿真实例。最后通过试验验证机构自由度以及运动学模型的数值解,并且实现操作手灵活抓取的性能。

基于OptiStruct的开卷机主轴疲劳特性优化设计

为改善6 t级开卷机主轴在交变应力作用下引起的应力疲劳现象,运用OptiStruct对开卷机主轴的实际工况进行静力学分析,基于HyperMesh对其进行有限元前处理,运用Gerber法进行疲劳分析,并基于OptiStruct的应力雨流计数法和Miner理论求得开卷机主轴的疲劳损伤量和疲劳寿命.以主轴柔度最小化为目标函数,以疲劳寿命为约束条件,构建开卷机主轴的优化模型,并通过OptiStruct进行优化求解得到开卷机主轴的最佳形状.通过优化前后的力学和疲劳特性对比可得：优化后的开卷机主轴危险部位,应力集中现象降低的同时,疲劳寿命也显著提升.基于形状优化设计对开卷机主轴进行尺寸改进,有利于其力学、疲劳性能的改善,为改进开卷机主轴结构设计提供了理论依据.