基于结构相似性的并联机构拓扑与尺寸同步设计方法

随着并联机构从单一尺寸设计和拓扑设计向两者融合方向不断发展,基于拓扑叠加-再惩罚和全变量正交设计-再拓扑的同步设计方法得到广泛应用,但两者存在设计效率低等不足。为解决上述问题,本文提出了一种基于结构相似性的并联机构拓扑与尺寸同步设计方法,该方法拓扑优化时以相同质量保留此条件下尺寸参数小范围变化对拓扑结构微弱影响为切入点,通过拓扑结构参数化缩放和刚度-质量元模型构建,形成并联机构尺寸-拓扑同步高效设计流程。以典型■RS并联机构为例开展算例验证与对比分析,结果表明,相同质量条件下,所提设计方法比尺寸设计方法得到的各向刚度更高,即拓扑优化使RS连杆的材料分布更加合理。

袋装饲料自动装车机码包装置的设计与优化

文章提出了一种应用于袋装饲料装车的凸轮连杆机构式码包装置,并根据实际工况运用解析法对凸轮连杆机构进行了尺寸综合设计。随后利用MATLAB软件绘制了凸轮的轮廓曲线和压力角曲线;然后利用ADAMS软件对凸轮连杆机构进行仿真分析,从仿真的结果曲线中发现其运动的速度和加速度幅值过大,需要对其进行优化;采用MATLAB软件中的NSGA-Ⅱ算法对凸轮连杆机构进行尺寸优化,再将优化后的参数带入ADAMS软件中进行模拟仿真。最后将仿真得到的速度与加速度曲线与之前的曲线进行对比,可以发现优化后的速度和加速度明显降低,提高了码包机构运动的平稳性,达到了优化设计的目的。为袋装饲料装车机码包装置的设计提供了新思路,并且为平面凸轮连杆机构的优化设计提供了一定参考价值。

2RPU-UPR并联机构在天线支撑中的应用

为了解决现有天线支撑机构不能同时满足高承载能力与大工作空间的要求,采用并联机构2RPU-UPR作为天线支撑机构,并对机构进行设计与实验。分析了并联机构2RPU-UPR的受力特征并建立了静力平衡方程。提出了最大承载能力与驱动分支运动范围两个优化指标,采用统一目标函数法建立两个指标的综合评价函数,对支撑机构关键尺度进行了优化设计,得到了一组机构性能优异的结构尺寸;研制了天线支撑机构实验样机,并进行了实验,实验结果表明:提出的天线支撑机构不仅能够承受大载荷,而且能满足横摇±90°、纵摇±90°的大工作空间需求,具有良好的应用前景。

番茄收获机械手机构尺寸优化设计

尺寸优化设计是机械手总体设计的关键步骤之一。介绍了一种能够获得合理果实收获机械手工作空间和结构轻量化的优化设计方法。基于番茄生物学特性和栽培模式,根据机械手几何工作空间,以工作空间主截面包络面最佳和结构轻量化为目标函数,以轨迹区域约束、杆件尺寸和关节角度限制为约束条件,建立了机械手机构尺寸优化设计模型,采用MATLAB软件进行仿真试验,并分析了机械手各杆件长度、关节角度与目标函数的关系,获得了机械手尺寸的最优解,为番茄收获机械手机构进一步分析奠定了基础。

混合驱动五杆花卉盘栽机构的优化设计与试验

为实现盘栽机构的轻简化和运动设计的灵活性,该文以一种混合驱动五杆机构来实现花卉穴盘苗盘栽运动。根据工作要求拟定机构轨迹,以变速电机最小角速度波动为目标,基于遗传算法优化得到机构中机架位置为(0,-150)和(-267.20,61.87),五杆机构的杆长分别为152.80、324.55、336.56、100.40、302.60、341.00 mm。建立花卉盘栽机构三维模型,利用ADAMS进行了机构运动仿真,验证了机构优化设计结果的正确性。对混合驱动五杆花卉盘栽机构控制系统进行了设计,试制样机并开展了花卉盘栽试验。通过进行花卉移栽试验,测试得到花卉移栽轨迹高度为265 mm,取苗倾角为140°,取苗时入钵摆角为6.92°、出钵摆角为6.27°,取苗环扣宽度小于3 mm,植苗倾角为90°,植苗时入盘摆角为13.19°、出盘摆角为4.19°,植苗段垂直轨迹大于40 mm。花卉移栽的平均成功率为87.16%,表明混合驱动五杆花卉盘栽机构可以实现花卉盘栽工作。研究拓展了混合驱动的应用领域,可为全自动花卉盘栽装备的研发提供参考。

电动往复式步态矫形器机构优化设计

针对原有往复式步态矫形器对患者体力消耗较大、步态差异大且失真严重、膝关节康复效果微弱等问题,对矫形器进行改进设计,分别在矫形器的髋关节和膝关节处增加了驱动机构,设计出一种电动往复式步态矫形器(Electric reciprocating gait orthosis,ERGO),可通过穿戴在患者下肢上,协助无行走能力的患者实现行走功能。由于人体下肢运动关节的复杂性,电动往复式步态矫形器与人体下肢运动关节不可避免存在一定的差异,因此需要通过机构的优化使得人-机之间髋、膝关节的运动规律及下肢末端轨迹更加接近,从而避免患者在使用过程中由于人-机运动偏差而造成不必要的伤害。在此基础上通过仿真分析和试验验证,证明了电动式往复式步态矫形器的可行性和优化结果的有效性。

具有急回特性的插齿主运动机构优化

对具有急回特性、可应用于插齿机主运动的双曲柄滑块六杆机构进行了优化研究,使其在工作行程内速度均匀,缩短了工作空行程,提高了回程速度,可以大大改善插齿机主运动性能,提高插削效率和插齿齿面质量。

单自由度仿真机械手驱动机构的多目标优化设计

目的设计单自由度仿真机械手的驱动机构,解决机器人自动装配、医学康复断指再造等多接触抓取装置设计问题.方法基于驱动机构方案,建立其优化数学模型、仿真手的手指运动轨迹模拟方法、抓取过程的力学模型和力的处理方法以及力的平衡方程,采用NSGA-II算法完成驱动机构优化设计.结果应用所提出的驱动机构设计方法将机构各构件的尺度综合这一复杂的设计问题转化为一简单的机构尺度多目标约束优化问题,获得了满足驱动力矩小、各构件尺寸小的较好的优化设计方案.结论单自由度仿真机械手驱动机构的多目标优化设计方法可以简化机械手设计,获得更加灵巧的机械结构,优化结果表明该方法是可靠的,是仿真机械手设计的新尝试.

一种多环闭链空间可展开机构的尺度协同优化设计

设计了一种新型多环闭链空间可展开机构,建立了该机构的回路约束方程,完成了可展开机构的位置分析.然后,在给定展开口径与展开角度范围的前提下,以各杆杆长为设计变量,以展收比最大、驱动行程最小和最小传动角最大作为优化目标,采用协同优化方法,将优化设计问题分成两级:1个系统级和并行的3个子系统级.系统级用来统一协调各子系统间耦合变量的不一致性,3个子系统级的优化目标分别是使各子系统的优化方案与系统级所提供的目标方案之间的差异最小.完成了该机构协同优化的数学建模,进而得到该机构在总目标函数下的尺度参数最优值.算例结果表明,该机构可同时达到15∶1的展收比、198mm的驱动行程和22°的最小传动角,机构展开运动平稳、无死点.

混合人工蜂群算法在并联机构尺度优化中的应用

以4-RUPaR并联机构为研究对象,以机构杆长为约束条件,利用解析几何中的坐标变换理论,得到其运动学反解模型,根据该模型,利用所有满足约束条件的'点集'描述并联机构定姿态工作空间大小。建立以并联机构驱动连杆长度、执行连杆长度和动平台尺寸为设计变量,以工作空间最大化作为优化目标的尺度优化模型。在求解多维优化问题时,为提高算法的搜索效率及解的质量,文中将差分进化(Differential Evolution, DE)算法融入人工蜂群(Artificial Bee Colony,ABC)算法,提出一种混合人工蜂群(Hybrid Artificial Bee Colony,HABC)算法,以增强算法的全局优化能力。应用HABC算法求解并联机构尺度优化设计,获得了较好的优化效果。

采用局部约束的半转翼驱动机构运动误差分析及其结构参数优化

半转翼是一种以转动式拍动替代摆动式拍动的新型类扑翼系统,针对传统半转机构传动复杂、重量大不适合飞行的缺点,提出一种采用局部约束的简约化半转机构作为半转翼驱动机构。给出了局部约束的形成过程和作用特点,根据运动构件间的接触状态将局部约束作用过程分成4个阶段,分别建立了不同阶段下的驱动机构半转杆转角偏差理论分析模型。在以上模型基础上,对驱动机构关键构件的结构进行优化设计。实例验证了半转杆转角偏差理论模型具有较好的可靠性,优化结果降低了转角偏差从而提高了驱动机构运行的平稳性。以上研究结果表明局部约束及其在简约化半转机构中的应用可为半转翼驱动机构设计提供新途径、新方法。

玉米穴播穴灌机水分传感器驱动机构设计

针对玉米穴播穴灌机水分传感器在工作过程中的土壤测量深度要求和零速要求,设计开发了一种水分传感器驱动机构,通过水分传感器驱动机构数学模型的建立,借助Solidworks motion运动分析模块和Matlab软件对水分传感器驱动机构进行了优化设计.分析结果表明,该机构可实现水分传感器周期性测量土壤水分含量的功能,为玉米穴播穴灌机水分传感器驱动机构结构及运动参数的设计提供了理论依据.

一种新型冗余驱动并联二维指向机构的研究

以球面5R机构为原型,通过添加冗余驱动支链的方法,得到了一种新型高精度、高承载和大工作空间的冗余驱动并联二维指向机构。以消除机构内部奇异、增大机构工作空间为目标,针对具有特定驱动螺旋的冗余驱动支链进行综合;通过对比各分支,筛选出了一种结构简单、精度高、承载能力强的分支,构成了新型冗余驱动并联二维指向机构,并对该机构的位置反解、雅可比矩阵及其奇异性进行了分析;针对机构工作空间、灵巧性和承载力等性能,绘制了机构的性能图谱;基于机构性能的均值指标和方差指标对机构进行了尺寸参数的优化设计,得到了一种性能优异的冗余驱动并联二维指向机构并制作了样机,为跟踪指向领域提供了一种高品质的机构。

基于公理设计的机械传动系统概念设计方法

以公理设计框架为指导,根据运动特征集对功能需求和设计参数进行形式化描述,从而划分基本功能需求块和设计参数块。在此基础上提出一种机械传动系统概念设计方法。该方法根据功能域向物理域映射过程的描述,首先产生功能分解规则进行功能分解,并搜索出各个子功能解。在组合子功能解的过程中,通过建立组合解搜索问题的数学模型,引入蚁群系统算法来处理该组合优化问题,从而有效加快搜索过程和处理可能存在的组合爆炸。结合捻线机往复导纱系统设计实例,对该方法及其有效性进行了说明和验证。

刺绣机含间隙针杆机构的运动稳健性分析与优化设计

建立了平面连杆机构运动副间隙的分析模型,分析了回转副的偏心对机构位移的影响,导出了考虑间隙时构件有效杆长的计算公式。同时考虑杆长误差和运动副间隙对针杆位移精度的影响,用极值法和随机模拟方法对针杆位移误差进行了计算,得出了考虑间隙时针杆位移的波动区间。以极小化针杆位移误差和位移标准差为目标,建立了针杆机构的稳健优化设计模型,并用遗传算法进行了求解。结果表明,在不增加制造成本的前提下,优化后针杆机构的运动误差和位移的均方差明显减少,运动精度的稳健性得到明显改善。

前桥摆转转向四轮底盘转向机构的创新优化设计

解决农机底盘小地块作业效率低的问题,关键在于农机底盘须具有小的转弯半径且不用倒车操作即能实现转向的目的。本文提出前桥摆转转向底盘的可行性研究,前桥摆转转向机构需要具有的转动与浮动功能。为确定机构的合理性,通过采用机械运动方案创新设计的方案评价方法,对多方案优化设计进行对比,分析结果确定第三种方案是综合性较佳的方案;将转向机构与底盘进行装配处理后进行Pro/E的干涉检查,确定方案的可用性,为后续的底盘转向时转向机构动力学分析提供依据。

基于尺寸驱动的曲柄滑块机构优化设计

为了获得曲柄滑块机构的最优传力性能,通过对其工作原理分析,建立了曲柄滑块机构通用优化设计模型,基于尺寸驱动技术,利用SolidWorks软件平台建立了曲柄滑块机构参数化图解法模型,并提出了利用该模型进行优化设计方法.算例分析表明,优化方案的传力性能和结构紧凑性均得到了提高.

齿轮传动稳健优化设计系统的实现

在研究稳健优化设计理论的基础上,构建稳健优化设计系统模型,并应用于齿轮传动设计中。利用Visual C++、SQL和UG开发完成其原型系统,该系统主要由产品总体性能的稳健性分析模块、传动稳健优化设计模块、轴系的稳健优化设计模块以及基于UG的齿轮和轴系建模模块等组成,实现了齿轮传动的稳健优化设计,提高了传动机械抵抗外界因素干扰的能力,保证了质量的稳健性。

塑料谐波齿轮传动结构尺寸的优化设计

分析了工程塑料作为谐波齿轮传动材料的优越性 ,并针对减小塑料谐波齿轮传动的体积 ,对其结构尺寸进行了优化设计 ,并对优化的塑料谐波齿轮传动装置进行了试验研究。

传动机械稳健优化设计系统的构建

在研究稳健优化设计理论的基础上,构建了稳健优化设计系统模型,并应用于传动机械设计中。从传动机械的方案设计阶段中,运用稳健性分析的方法选择较稳健的方案,到详细设计阶段中,主要传动元件参数的稳健优化设计,整个设计过程充分考虑了不确定因素的影响,以提高传动机械的抗干扰能力,保证其质量稳健性。文中对各个功能模块进行了详细的阐述。