3-RPRR类平面全柔性并联机构拓扑优化设计

针对全柔性并联机构的构型设计不能满足精密定位和微纳制造领域的需求,为提高全柔性并联机构的整体刚度、抗振性和抗干扰性,基于3-RPRR并联机构原型,采用型综合法,设计出与并联机构原型空间运动特性一致的3-RPRR类平面全柔性机构及其支链.运用拓扑优化的方法,得到铰链最优配置的3-RPRR类平面全柔性并联机构及其支链.采用Hyperworks/Radioss软件分别对这2种3-RPRR类平面全柔性并联机构进行静力学及模态分析,仿真结果表明:在实现相同运动特性的前提下,优化后的3-RPRR类平面全柔性并联机构不仅节省材料,而且在刚度、抗振性和抗干扰性方面更优.

三平移全柔性并联机构多目标拓扑优化设计

为满足精密定位和微纳制造领域对全柔性并联机构构型设计的需求,基于三平移并联机构原型,采用多目标拓扑优化理论,得到了一种结构配置较佳的新型全柔性并联机构。首先,基于单目标的柔度优化模型和固有频率优化模型,运用线性加权法建立了机构的多目标拓扑优化模型。然后,基于HyperWorks/OptiStruct软件和优化准则算法对机构进行拓扑优化设计,得到了拓扑优化后的新型全柔性并联机构。最后,通过HyperMesh软件对拓扑优化前后的机构进行静力学分析和模态分析,从而验证了多目标拓扑优化设计的有效性。

基于拓扑优化的3-RPRR类平面全柔性并联机构构型优选

全柔性并联机构的构型参数是影响其刚度和定位精度的重要性能指数。基于同构型全柔性并联原型机构,以几何约束为条件,设计出了3-RPRR类平面全柔性支链。基于构型优选的思想进行拓扑优化,设计出另一结构形式的类平面全柔性支链,进而分别对两种不同支链组成形式的3-RPRR类平面全柔性并联机构进行静力学及模态分析。仿真结果表明:在实现相同运动特性的前提下,方案二全柔性支链构成的3-RPRR类平面全柔性并联机构不仅节省材料,且在刚度和抗振性上更优。

基于拓扑优化的3-PRPR全柔性并联机构设计及分析

全柔性并联机构具有分辨率高、运动灵活、动态特性好等优点,但其构型设计往往不能满足微定位和精密加工制造领域的需求。基于并联机构原型,以几何约束为条件,设计出与并联机构原型空间运动特性一致的3-PRPR全柔性并联机构。利用Hyperworks软件行拓扑优化,设计出优化后的3-PRPR全柔性并联机构。分别对这两种3-PRPR全柔性并联机构进行有限元及模态分析,仿真结果表明:在实现相同运动特性的前提下,优化后的3-PRPR全柔性并联机构不仅节省材料,而且在刚度和抗振性方面更优于优化前的机构。

空间三平移全柔性并联机构构型设计

针对全柔性并联机构的柔性铰链存在蠕变、回程反力和应力松弛的缺陷,基于空间三自由度并联机构的设计原型,设计了两种不同结构形式的全柔性并联机构。首先,基于"铰链替换法"设计出了一种全柔性并联机构;然后,基于"型综合法"和拓扑优化理论设计了一种集成式全柔性并联机构;最后,建立机构的静刚度分析和频域分析模型,分别对机构进行仿真分析和实验研究。结果表明,相对于第一种方案的全柔性并联机构,集成式全柔性并联机构具有更高的运动精度、更优的刚度特性和更佳的抗振性,验证了集成式全柔性并联机构拓扑优化设计方法的有效性。

3-RPRR类平面全柔性并联机构设计及分析

全柔性并联机构具有空间多自由度运动特性,但其结构尺寸往往不能满足微纳精密加工与制造领域的需求,具有明显的局限性。基于同构型全柔性并联机构,以几何约束为条件,设计出具有与同构型全柔性并联机构空间运动特性一致的3-RPRR类平面全柔性并联机构。建立3-RPRR全柔性并联机构和3-RPRR类平面全柔性机构三维模型。采用Hyperworks软件对两种机构整体进行有限元分析,并结合虚功原理推导出两种全柔性构型的静刚度模型。最后对两种机构进行模态分析。研究结果表明,3-RPRR类平面全柔性并联机构在刚度、抗干扰性以及抗振性方面均优于其同构型的全柔性并联机构。

3-RPC定位机构结构设计

集成式全柔性并联定位机构具有无摩擦和高稳定性的优点,但其结构设计相对复杂,定位精度低,在一些超精密定位领域无法达到定位要求。基于同构性的集成式全柔性并联定位机构,引入拓扑优化设计理论,设计出与同构性集成式全柔性并联定位机构运动特性一致的3-RPC型全柔顺并联定位机构。首先,以3-RPC并联定位机构为研究对象,通过微位移法求解出其输入输出间的映射关系。然后,建立3-RPC集成式全柔性并联定位机构和3-RPC全柔顺并联定位机构三维模型。最后,通过有限元软件对两种定位机构进行静、动力学分析。结果表明:3-RPC全柔顺并联定位机构在定位精度和抗振性均优于同构性的集成式全柔性并联定位机构。