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导重法求解单工况的拓扑优化问题

机械工程学报 2011年第15期47卷 107-114页

作者：李枝东刘辛军清华大学精密仪器与机械学系北京100084

在拓扑优化中,因为设计变量多并且目标函数和约束函数都是设计变量的隐函数,求解难度较大,所以寻找更快更好的求解方法一直都是拓扑优化问题的研究重点。为此,将导重法引入到拓扑优化的求解中,介绍质量约束下求结构最优性能问题和性能... 详细信息

在拓扑优化中,因为设计变量多并且目标函数和约束函数都是设计变量的隐函数,求解难度较大,所以寻找更快更好的求解方法一直都是拓扑优化问题的研究重点。为此,将导重法引入到拓扑优化的求解中,介绍质量约束下求结构最优性能问题和性能约束下求结构最小质量问题的导重法迭代准则,采用密度惩罚(Solid isotropic material with penalization,SIMP)方法建立单工况下求最小柔度和最小质量这两类拓扑优化问题的优化模型,推导出用导重法求解这两类问题的迭代公式并计算了相应的算例,与ANSYS中采用的优化准则法(Optimality criteria,OC)和序列凸规划法(Sequential convex programming,SCP)进行对比分析。通过计算和对比分析显示出用导重法求解拓扑优化问题具有迭代公式简单、适用范围广、收敛速度快、求解效果好的优点。导重法为拓扑优化问题的求解提供了一条新的途径。

关键词：拓扑优化导重法单工况

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平面2自由度驱动冗余并联机器人的机构设计

机械工程学报 2002年第12期38卷 49-53页

作者：张立杰刘辛军燕山大学机械工程学院秦皇岛066004 清华大学

机器人机构参数的设计是极其复杂的难题。研究一种平面2自由度驱动冗余并联机器人的机构设计方法,首先建立了该并联机器人机构的空间模型,在此基础上探讨了该并联机器人机构的工作空间性能指标与杆件尺寸之间的关系,并绘制了相应的性能... 详细信息

机器人机构参数的设计是极其复杂的难题。研究一种平面2自由度驱动冗余并联机器人的机构设计方法,首先建立了该并联机器人机构的空间模型,在此基础上探讨了该并联机器人机构的工作空间性能指标与杆件尺寸之间的关系,并绘制了相应的性能图谱,这些图谱是该并联机器人的机构设计的重要参考依据,该方法为实现并联机器人机构设计的计算机辅助设计提供了一种简单、有效途径。

关键词：并联机器人机构设计空间模型性能图谱

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初论现代数学在机构学研究中的作用与影响

机械工程学报 2013年第3期49卷 1-9页

作者：王国彪刘辛军国家自然科学基金委员会北京100085 清华大学精密仪器与机械学系北京100084

自机构学成为一门独立的学科以来,数学一直在机构学研究中发挥着重要作用。特别是当机构学发展到现代机构学阶段,对装备的自主创新设计要求越来越高,数学的作用也变得越来越突出。以当前机构学应用领域最为活跃的数学工具——旋量理论... 详细信息

自机构学成为一门独立的学科以来,数学一直在机构学研究中发挥着重要作用。特别是当机构学发展到现代机构学阶段,对装备的自主创新设计要求越来越高,数学的作用也变得越来越突出。以当前机构学应用领域最为活跃的数学工具——旋量理论和微分流形为例,阐述现代数学在机构学研究中所起的作用。结合中国机构学的研究进展及标志性成果,简述现代数学对中国机构学发展的积极影响。展望数学在未来机构学研究中的重要地位与潜在影响。

关键词：机构学现代数学旋量理论微分流形自由度构型综合性能指标

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并联六自由度微动机器人机构的设计方法

清华大学学报（自然科学版） 2001年第8期41卷 16-20页

作者：刘辛军汪劲松高峰清华大学精密仪器与机械学系北京100084 河北工业大学机器人研究中心天津300130

并联机构的对称性、高精度和高刚度等优点使其适合作为微动机器人机构 ,因此并联机器人的分析与设计理论和方法可推广应用于微动机器人。研究微动机器人机构的设计方法 ,建立了并联六自由度 Stewart微动机器人的空间模型 ,并分析了该微... 详细信息

并联机构的对称性、高精度和高刚度等优点使其适合作为微动机器人机构 ,因此并联机器人的分析与设计理论和方法可推广应用于微动机器人。研究微动机器人机构的设计方法 ,建立了并联六自由度 Stewart微动机器人的空间模型 ,并分析了该微动机器人的机构尺寸与性能指标的关系 ,得到了各向同性、刚度性能图谱。

关键词：并联机器人微动机器人设计方法空间模型性能图谱

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并联机构中运动/力传递功率最大值的评价

机械工程学报 2014年第3期50卷 1-9页

作者：陈祥谢福贵刘辛军清华大学机械工程系北京100084 清华大学精密超精密制造装备及控制北京市重点实验室北京100084 清华大学精密仪器系北京100084

并联机构的本质作用之一是在机构的输入端和输出端之间传递运动和力。对并联机构的性能分析需要从该本质功能出发,考虑机构运动和力的传递特性。在螺旋理论中,当运动旋量和力旋量进行互易积运算时,其结果表示该力在运动方向上的瞬时传... 详细信息

并联机构的本质作用之一是在机构的输入端和输出端之间传递运动和力。对并联机构的性能分析需要从该本质功能出发,考虑机构运动和力的传递特性。在螺旋理论中,当运动旋量和力旋量进行互易积运算时,其结果表示该力在运动方向上的瞬时传递功率。结合能效系数法,可将瞬时传递功率和可能的最大传递功率之比定义相关的评价指标,用以分析并联机构的运动/力传递特性。该指标能否实用的关键问题之一是如何理解和求解可能的传递功率的最大值。根据并联机构中可能存在的不同形式的运动旋量和力旋量的组合,将功率最大值的求解问题分为五种情况,对每种情况的计算模型进行详细的推导与解释,尤其是当刚体的力和运动均为浮动的旋量(力旋量/运动旋量)时,提出改进后的特征点法,建立有效的求解模型。此外,以三个常见的并联机构为例,对机构中运动/力传递功率的最大值进行求解,以进一步说明所提计算模型的合理性和实用性。

关键词：并联机构运动力传递传递功率最大值特征点法

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五轴数控机床空间定位精度改善方法研究现状

机械工程学报 2017年第7期53卷 113-128页

作者：李杰谢福贵刘辛军梅斌董泽园清华大学机械工程系清华大学精密超精密制造装备及控制北京市重点实验室北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院

五轴数控机床空间定位精度受机床静、动态误差的综合作用,是影响工件加工质量的重要指标。综述了基于不同误差源数值特征描述的几种主流误差建模方法,分析与建模方法对应的几种误差灵敏度分析方法的特点。根据五轴数控机床的构成,分别... 详细信息

五轴数控机床空间定位精度受机床静、动态误差的综合作用,是影响工件加工质量的重要指标。综述了基于不同误差源数值特征描述的几种主流误差建模方法,分析与建模方法对应的几种误差灵敏度分析方法的特点。根据五轴数控机床的构成,分别对平动轴和转动轴的误差检测和误差辨识方法进行了综述和分析。根据动、静态误差类型的不同,总结了现有几种主要误差补偿方法的特点。最终,综合误差建模、误差灵敏度分析、误差检测和辨识以及误差补偿五个方面,系统性地分析了现有五轴数控机床空间定位精度改善方法中尚需解决的问题,探讨了五轴数控机床空间定位精度改善方法未来的发展方向。

关键词：五轴数控机床定位精度误差建模误差辨识误差补偿

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一种并联机构最大内切工作空间的几何求解

机械设计与研究 2002年第1期18卷 20-22页

作者：张立杰刘辛军燕山大学机械工程学院秦皇岛066004 清华大学精仪系北京100084

通过研究一种基于外副驱动的ＤＥＬＴＡ并联机构工作空间的几何求解方法，提出该机构工作空间的最大内切工作空间的概念，给出任意工作空间截面上最大内切工作空间的内切半径，并以实例给出该机器人最大内切工作空间的几何形状。

关键词：并联机构工作空间几何法数值法最大内切工作空间

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一种新型虚拟中心并联机构的误差灵敏度分析

机械工程学报 2013年第17期49卷 85-91页

作者：谢福贵刘辛军陈禹臻清华大学机械工程系北京100084 清华大学精密超精密制造装备及控制北京市重点实验室北京100084

采用基于空间误差矢量链的误差建模方法,对一种新型虚拟中心并联机构进行了误差建模,获得各几何误差参数与终端输出误差参数之间的映射函数,在所建立的误差模型的基础上,分析各几何误差参数对终端输出误差参数的局部灵敏度系数和全局灵... 详细信息

采用基于空间误差矢量链的误差建模方法,对一种新型虚拟中心并联机构进行了误差建模,获得各几何误差参数与终端输出误差参数之间的映射函数,在所建立的误差模型的基础上,分析各几何误差参数对终端输出误差参数的局部灵敏度系数和全局灵敏度系数,并将相应的误差灵敏度以图谱的形式直观的展现出来,通过对相应的分布图谱进行分析,得出各关键几何参数对该虚拟中心并联机构输出精度的影响程度,从而有效地指导机械设计阶段各零部件的公差等级的选择以及控制阶段系统输出误差的限定。

关键词：误差建模虚拟中心并联机构误差灵敏度

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掘进装备推进机构载荷顺应性及其评价方法

机械工程学报 2014年第21期50卷 60-68页

作者：徐尤南刘辛军汪劲松华东交通大学机电工程学院南昌330013 清华大学机械工程系北京100084

掘进装备推进机构是掘进装备的重要子系统,需要承受来自作业环境的重载荷、大突变载荷,同时需要传递大推进力,并实现精准的运动和力传递功能。若其刚性不够将难以承受重载荷;若其柔性不足将难以顺应大突变载荷。为解决其在推进过程中刚... 详细信息

掘进装备推进机构是掘进装备的重要子系统,需要承受来自作业环境的重载荷、大突变载荷,同时需要传递大推进力,并实现精准的运动和力传递功能。若其刚性不够将难以承受重载荷;若其柔性不足将难以顺应大突变载荷。为解决其在推进过程中刚柔冲突的一对矛盾,保证其快速、准确、可靠、安全掘进,定义掘进装备推进机构载荷顺应性,提出推进机构载荷顺应性设计问题。分别探讨推进机构载荷顺应中心的物理意义及其识别方法,运动耦合性、变形耦合性及弹性储能性的物理意义及其与机构位置精度、所受重载荷、大突变载荷之对应关系。提出涵盖以上三特性的推进机构载荷顺应性设计指标,为建立以顺应中心为设计约束,以载荷顺应最大为设计目标的推进机构载荷顺应性设计方法提供理论基础。通过推进机构载荷顺应性相关指标及其关节反力大小的相关性比较,验证载荷顺应性设计指标的科学性,表明以所提出的载荷顺应度为设计指标,可保证所设计出的推进机构既具备高刚性又具备大柔性,能化解掘进装备在推进过程中刚柔冲突的一对矛盾。

关键词：推进机构载荷顺应性设计顺应中心运动耦合性变形耦合性