带有并联缓冲机构的三指机器人夹持器设计

针对机器人抓取过程中易出现碰撞、造成夹持器或机器人损坏问题,且为了使夹持器具有自适应能力并使用尽量少的驱动,设计了一种仅有一个驱动的带有3-RRS并联缓冲机构的三指夹持器.基于螺旋理论设计了具有“一平两转”自由度的并联缓冲机构,并基于在圆柱坐标系内推导的运动学逆解进一步设计了其结构.设计了一种同步平动三指夹持器,基于虚功原理对其进行受力分析并运用遗传算法计算了夹爪的结构参数,通过仿真模型验证和试制样机实验验证了结构设计的合理性.所提出的夹持器能够降低抓取过程中碰撞对于机器人本体的影响,且具有良好的对物体和环境的适应能力及较高的鲁棒性.

面向散热性能的多孔结构多尺度等几何拓扑优化

多孔结构具有轻质、散热快等特点,在航空航天、信息电子等领域应用广泛,提出了一种面向散热性能的多孔结构多尺度等几何拓扑优化方法。在微观尺度,采用水平集函数描述三周期极小曲面点阵的几何构型,构建了Kriging元模型,预测点阵的宏观等效热学属性,从而降低计算成本;在宏观尺度,以最小散热柔度为目标,建立了多孔结构的多尺度拓扑优化模型,引入等几何分析提高了结构性能分析的计算精度,结合等几何映射技术开展了非规则几何结构的多尺度拓扑优化设计,避免了非规则设计域中点阵裁剪导致的几何特征缺损等问题;最后,通过数值算例验证了所提出方法的有效性。结果表明,提出方法可实现非规则几何结构的散热性能优化设计,优化得到的轻质梯度多孔结构具有较好的散热性能,在实际工程中具有广阔的应用前景。

考虑局部过热约束的自支撑结构等几何拓扑优化

等几何拓扑优化方法实现结构几何、分析和优化模型的统一,在结构优化领域具有重要的应用潜力。拓扑优化设计的结构构型复杂,通常需要采用增材制造加工成型。为确保结构的可制造性,其必须满足特定的工艺条件,因此,在优化设计阶段考虑制造工艺约束显得尤为重要。针对金属增材制造中常见的局部过热现象和悬垂角要求,提出一种约束局部过热的自支撑结构等几何拓扑优化方法。采用基于等几何分析的变密度法,引入可打印密度的概念,将不满足打印要求的单元过滤,实现结构自支撑;采用稳态热过程模拟模型近似评估结构的局部过热程度,并将其引入等几何拓扑优化模型中加以约束。数值算例和仿真结果表明,相比于传统等几何拓扑优化方法和仅考虑自支撑特性的等几何拓扑优化方法,该方法设计的结构在满足自支撑特性的基础上,能有效缓解增材制造中结构的局部过热现象,从而减小结构的热变形,提高尺寸精度。

基于G2连续桥接的微小线段刀具轨迹压缩方法

针对在高速加工中微小线段轨迹会导致数控系统前瞻距离短,须要利用样条曲线对微小线段轨迹进行压缩的问题,采用三次B样条压缩微小线段轨迹,采用五次贝塞尔(Bezier)桥接曲线改善三次B样条之间的连续性.基于离散曲率积分,选取合适的初始压缩节点,减少拟合迭代次数,提升轨迹压缩效率.通过在相邻B样条间插入Bezier曲线的方法,用带有微分因子(differential factor,DF)μ的边界约束条件,保证桥接曲线与相邻B样条在衔接处G2连续,满足误差和保型约束.通过模拟插补实验,分别对比桥接算法实施前后轨迹曲率与单轴加速度,结果表明所提出的轨迹压缩算法减小了单轴加速度波动.