一种新的多输入多输出柔顺机构拓扑优化方法

针对多输入多输出柔顺机构的输出位移最大化拓扑优化问题,提出了一种新的拓扑优化求解方法。首先,引入柔顺度的小量变化约束函数来处理柔顺机构拓扑优化的病态载荷问题和类铰链问题。基于传统界限公式法思路,通过一个界限变量将多个输出位移最大化目标等效转化为多个约束条件,构建了一种新的多输入多输出柔顺机构拓扑优化的界限公式模型。然后,结合变体积约束限技术、密度过滤技术、Heaviside映射技术、固体各向同性材料插值方法及光滑对偶求解算法,提出了一种新的多输入多输出柔顺机构拓扑优化方法。算例计算结果表明:相对于现有方法,本研究提出的方法获得的最终拓扑不仅清晰,不含类铰链,且具有更大的输出位移。

多输入多输出柔顺机构几何非线性拓扑优化

多自由度柔顺机构在微动精密定位和精密操作等领域有广泛的应用,柔顺机构拓扑实际上是一个几何非线性问题,因而研究多自由度柔顺机构几何非线性拓扑优化就显得十分必要。基于此,给出一种多输入多输出柔顺机构几何非线性拓扑优化设计的新方法。首先,建立增量形式平衡方程,采用Total-Lagrange描述方法和Newton-Raphson载荷增量求解技术获得几何非线性的结构响应。其次,推导描述多输入多输出柔顺机构柔性的几何增益公式和描述机构刚性的应变能公式,研究抑制耦合输出策略,给出描述输出耦合效应的计算公式,在此基础上建立考虑抑制输出耦合效应时多输入多输出柔顺机构的多目标几何非线性拓扑优化数学模型。目标函数敏度分析采用伴随求解技术,拓扑优化采用固体各向同性材料插值方法,并用移动近似算法进行迭代求解。最后,通过算例说明以上方法的正确性和有效性。研究结果表明,拓扑优化后柔顺机构可以按照预定要求运动,输出耦合现象得到了有效抑制,同时也说明了对柔顺机构进行几何非线性拓扑优化的必要性。

多输入多输出柔顺机构拓扑优化及输出耦合的抑制

多自由度柔顺机构在微动精密定位和精密操作等领域有广泛的应用,因而研究多自由度柔顺机构的拓扑优化方法就显得十分必要。给出了一种多输入多输出柔顺机构拓扑优化设计的新方法。首先,推导了描述多输入多输出柔顺机构柔性的互应变能公式和描述机构刚性的应变能公式,研究了抑制耦合输出的策略,进一步给出了描述输出耦合效应的计算公式,在此基础上建立了考虑抑制输入输出耦合效应时柔顺机构的多目标拓扑优化设计模型。其次,基于改进的优化准则法给出了优化模型的有效求解算法。最后,通过算例说明了该方法的正确性和有效性,研究结果表明,拓扑优化后柔顺机构可以按照预定的要求运动,其输出耦合现象得到了有效抑制。

考虑输出刚度不确定性的柔顺机构拓扑优化设计

为了降低机构性能对输出刚度不确定因素的敏感程度,提出一种考虑输出刚度不确定性的柔顺机构拓扑优化设计方法。采用区间模型描述输出刚度的不确定性,利用多项式混沌展开式(Polynomial chaos expansion, PCE)和Smolyak稀疏网格积分法计算随机响应统计矩,以机构输出位移的期望值最大化和标准差最小化为目标函数,以机构结构体积为约束,建立考虑输出刚度不确定性的柔顺机构稳健性拓扑优化模型,采用移动渐近线优化算法更新设计变量。夹持器和咬合机构数值算例验证提出设计方法的有效性,与确定性拓扑优化结果比较,稳健性拓扑优化设计获得的柔顺机构构型有所不同,机构的输出位移标准差减小,有效地降低机构对输出刚度不确定性的敏感程度。随着加权系数增大,获得的柔顺机构输出位移标准差和期望值减小。随着不确定输出刚度幅值增大,获得的柔顺机构输出位移标准差增大,并且输出位移期望值有所减小。

农产品质量安全检测机构工作流程中的输入与输出风险点探析

随着农产品质量安全检验检测机构的快速发展,农产品检验检测市场需求不断被释放,业务量的井喷给检测机构带来了效益也带来风险,送检客户需求与检测机构服务的一致性显得尤为重要。本文在意识到农产品质量安全检测过程中信息交互的重要作用的背景下,从农产品质量安全检测输入和输出运行机制的两个方面,分析了工作流程中的主要输入和输出风险点,提出通过有效控制合同评审和报告审核降低输入和输出风险。输入和输出风险的有效控制将更准确地表达客户需求,为客户提供更好的服务,有益于整个农产品质量安全体系的发展,也提供了有益的机构风险评估意识,为推动高质量风险评估服务的发展提供参考。

考虑输出耦合时柔顺机构拓扑与压电驱动单元的优化设计

研究了柔顺机构拓扑优化与压电驱动单元位置和尺寸的最优设计问题,首先给出了多目标优化设计模型。在优化设计模型中不仅考虑了机构与驱动器的耦合,同时还考虑了机构柔度与刚度之间的协调问题和输出耦合的抑制策略与方法,在此基础上给出了机构拓扑、驱动单元的位置和尺寸的优化算法。最后,通过算例说明了该方法的正确性和有效性。

平面轨迹输出柔顺机构的形状优化

2自由度平面柔顺机构具备工作空间,可以作为微动机器人载体,通过控制两个独立输入实现可控的平面运动轨迹输出。为改善设计方案的可加工性,研究该柔顺机构拓扑图轮廓提取后的形状优化问题。将柔顺机构抽象成杆件和结点形式,基于拓扑学连通性原理,提出机构区域连通性判定条件,构造窗口平移扫描式机构结点搜索算法,获得设计区域内的柔顺机构结点,在此基础上,建立杆件搜索算法,找出各杆件,实现对柔顺机构的轮廓抽象。对轮廓抽象后的柔顺机构进行轮廓重构,将其轮廓表示为简单曲线的拼接,以曲线参数作为优化变量,通过敏度分析提取关键尺寸,以柔顺机构实际输出和期望输出间的误差作为目标函数,建立轮廓曲线尺寸优化模型,得到柔顺机构的最优轮廓,从而在保持柔顺机构输出性能的前提下明显改善设计方案的可加工性。算例验证了所提形状优化方法的有效性。

少维输入-多维期望运动输出并联机构及其应用

基于广泛的产业应用背景、发展需求,以及作者研究少输入三维并联运动振动筛的工作基础,提出"少维输入-多维输出并联机构"的重要概念,并对该类并联机构的驱动输入数W、自由度数dof及其输出方位维数Nout三者关系进行了阐述;介绍了作者研制的单输入三维并联振动筛的研究与应用情况,以及新近提出的两个单输入三维转动并联机构用于人体肩关节康复训练机的概念设计;阐述了研究少维输入-多维输出并联机构的意义和前景。少维输入-多维输出并联机构可望成为并联机构研究的一个重要研究方向,对产业发展所需的新型装备设计,具有重要理论意义和实用价值。

平面机构的少输入-多输出特性及其应用研究

机构的少输入-多输出特性不仅存在于空间并联机构而且存在于平面机构。剖析了工业中一些典型的具有少输入-多输出特性的平面机构,提炼、总结出4种平面机构的单输入-多输出特性,据此创新设计了一种单输入的轮胎机械手结构、改进设计了具有防护功能的单输入冲压机构以及简易高效的单输入落料装置。拓展了少输入-多输出机构的研究内容和范围,对设计其他的少输入-多输出平面或空间机构具有启发和借鉴作用。

球面4R机构的输入输出方程研究

使用四元数对球面四杆机构进行数学建模,得到4个数学方程式,经过推导,可以消去中间角位移变量θ2和θ3,得到只含有角位移变量θ1和θ4的输入输出方程。求出θ1或者θ4后,可以很方便地求出θ2和θ3,可完成球面四杆机构的位置分析。

基于拓扑优化实现平面可控轨迹输出的柔顺机构设计

结合弹簧模型、变密度法和拓扑优化工具,研究了实现平面可控轨迹输出柔顺机构的设计方法.建立了单输入多输出和两输入两输出柔顺机构的优化模型,设计出轨迹输出机构.优化问题的求解采用移动渐近线法(MMA),数值问题的处理使用网格独立滤波法.对设计结果的仿真分析表明:采用线弹性模型对部分小变形柔顺机构进行拓扑优化设计是可行的;拓扑优化方法是一种计算式设计方法,得到的是概念设计的结果,与实际应用存在一定差距.

基于3-RPS机构的少输入多输出车载稳定平台设计与分析

本文面向并联式车载稳定平台应用需求,提出了一种少输入多输出的并联机器人设计方法。首先绍了一种3-RPS并联机构,建立了机构的运动学模型;其次,根据3-RPS并联机构运动学特征,进行了基于动平台驱动的运动分支设计,综合出了PPP-n(RRR-3-RPS)、PPP-n(RU-3-RPS)和PPP-n(S-3-RPS)等少输入多输出型并联机器人;最后,以3-PRRR-n(S-3-RRS)并联机构为例,建立了其移动副与3-PRS机构动平台运动参数之间的映射关系,从而验证了分析方法的有效性。

GF-6换档机构输出／输入轮毂的工艺开发

在GF-6换档机构输出轮毂和输入轮毂的工艺设计中．我们成功引入了花键调频轴向冷成形工艺，并且在批量生产中获得验证。拓展了花键加工的方法．获得了非常好的加工效果。

输入输出受限的无人机防滑刹车系统容错控制

针对无人机防滑刹车系统工作过程中同时出现系统输出滑移率稳定区域受限、控制输入饱和与刹车执行机构故障的多重约束问题,提出了一种基于障碍Lyapunov形式的自适应神经网络反演容错控制器的设计方法。当刹车执行机构发生故障时,通过自适应神经网络补偿刹车系统中的非线性及不确定项。根据反演设计原理,应用神经网络输出设计相应的容错控制律,同时,在控制器的设计中引入鲁棒切换控制项,优化系统快速容错的暂态性能。首先本文设计的容错控制器无需精确获取执行机构在线故障的重构信息,也能使刹车闭环系统能够快速稳定,然后基于Lyapunov方法分析了系统的稳定性,最后通过数值仿真结果表明,所提出的容错控制算法能够有效地保证刹车执行机构故障时控制系统的稳定性和有效性。

基于运动控制器的平面混合输入机构运动实验系统设计

基于运动控制器对混合输入机构的运动学实验系统进行设计,给出了基于运动控制器的各元器件硬件电路设计,开发了伺服电机的控制程序;基于VB6.0开发了实验系统的控制界面,并对混合输入机构进行了实验,获得了机构的运动输出曲线。通过伺服电机的调节,实现了机构的一定的柔性输出。

双输入端旋转式驱动机构——不用离合器或行星齿轮情况下轴转动时的结合

输入轴2的转动引起壳套的转动,而齿轮系支撑在其壳体内。这种相对转动增加到由轴1给予的齿轮系的转动上。在不用离合器或行星齿轮的情况下,一个机械机构将两个驱动装置连接到一个单一的输出轴上。该机械机构比离合器型式的两动式装置机构更可靠,而比庞大的行星机构要小得多。此外,它和行星齿轮不同,能设计成任何传速比,包括 1:1之比。其两个驱动装置可同时或分别地开动。

一种单自由度3T1R并联机构的拓扑设计及其运动学

根据基于方位特征方程的并联机构拓扑设计理论和拓扑降耦设计方法,设计了一种新的少输入-多输出(Fi-Mo)型单自由度三平移一转动(3T1R)输出的并联机构,对其拓扑特性进行了分析,给出了该机构的方位特征集、自由度及耦合度κ;根据基于序单开链的运动学建模原理,给出了该机构的位置正解求解方法及其数值解;同时导出了其位置反解求解公式及机构的速度与加速度公式,并进行了速度与加速度的仿真。最后给出了该机构可用作并联振动筛的3D虚拟样机设计。研究结果为该类单自由度3T1R型并联振动筛机构的尺寸优化设计、样机研制打下了基础。

一种并联振动筛驱动机构的结构降耦设计及刚度分析

以一种单自由度输入、三平移一转动输出的并联振动筛驱动主机构为例,采用结构降耦设计方法将其耦合度由2降为1,通过并联机构拓扑结构设计方法确定了机构的驱动副及其安装方位,并基于螺旋理论运用虚拟弹簧法分析了该机构降耦前后的结构刚度及其变化,为少输入-多输出并联机构的优化和应用提供了参考。

再现函数平面连杆机构的计算机辅助设计

本文通过对再现函数铰链四杆机构设计中目标函数的建立 ,运用计算机编程运算得到最能满足再现函数的铰链四杆机构 。

可重构单驱动3-RRR平面并联机构连杆曲线与姿态的数值解法

针对3自由度3-RRR平面并联机构驱动与控制复杂、能耗大的问题,利用平行四边形运动链将其约束为单驱动3-RRR平面并联机构。通过数值解法计算单驱动3-RRR平面并联机构的连杆曲线与姿态,并分析重构对连杆曲线与姿态的影响。基于Freudenstein方程推导该机构的输入-输出方程;采用迭代算法建立方程的数值求解方法;通过改变机构的初始输入角,提出一种机构构型的可重构方法。给出一组机构参数作为数值算例,求解得到机构的两种构型,称为构型Ⅰ和构型Ⅱ,以构型Ⅰ为算例,计算得到构型Ⅰ重构前后的连杆曲线与姿态随输入角变化的规律。结果表明:理论曲线与仿真曲线相吻合,验证了求解方法的正确性;重构能够显著改变构型Ⅰ连杆曲线与姿态。