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基于多目标拓扑优化的全柔顺并联机构构型固有振动频率研究

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中国机械工程 2015年第13期26卷 1794-1801页

作者：朱大昌宋马军江西理工大学赣州341000

为有效抑制随机振动对超精密定位与加工装备性能的影响,提高本体机构的固有响应频率,提出了基于多目标拓扑优化的全柔顺并联机构构型设计方法。基于折衷规划法和平均频率法定义了多目标优化函数,并以体积分数为约束条件,建立了全柔顺并... 详细信息

为有效抑制随机振动对超精密定位与加工装备性能的影响,提高本体机构的固有响应频率,提出了基于多目标拓扑优化的全柔顺并联机构构型设计方法。基于折衷规划法和平均频率法定义了多目标优化函数,并以体积分数为约束条件,建立了全柔顺并联机构SIMP拓扑优化模型。基于Optistruct软件及优化准则算法,并结合微分矢量同构映射雅可比矩阵,实现了全柔顺并联机构构型多目标拓扑优化设计。研究结果表明:所设计出的3-PRR型全柔顺并联机构与并联原型机构具有微分运动一致性,且优化过程中的频率交叉振荡明显减弱并趋于收敛。

关键词：全柔顺并联机构折衷规划平均频率法微分矢量同构映射雅可比矩阵多目标优化

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三自由度平面全柔顺并联机构运动学分析

机床与液压 2019年第9期47卷 94-98页

作者：高莉丽廖志超河南应用技术职业学院制药工程学院河南郑州450042 北京光华纺织集团有限公司北京100026

针对传统方法求解全柔顺并联机构Jacobian矩阵存在奇异性的缺陷,基于三自由度平面全柔顺并联机构的伪刚体模型,提出一种微位移法来求解机构的Jacobian矩阵。先建立机构的伪刚体模型,并采用传统方法和微位移法得到机构的输入输出Jacobia... 详细信息

针对传统方法求解全柔顺并联机构Jacobian矩阵存在奇异性的缺陷,基于三自由度平面全柔顺并联机构的伪刚体模型,提出一种微位移法来求解机构的Jacobian矩阵。先建立机构的伪刚体模型,并采用传统方法和微位移法得到机构的输入输出Jacobian矩阵;通过HyperMesh软件仿真和实验测试分别得到机构动平台中心点位移的仿真值和实验值。最后,将两种方法得到的理论值分别与仿真值、实验值进行对比。对比结果表明:与传统法相比,微位移法的计算精度较高,误差较小,且验证了Jacobian矩阵的有效性,为全柔顺并联机构的运动特性分析提供了参考。

关键词：全柔顺并联机构伪刚体模型微位移法 HyperMesh仿真实验测试

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基于4-CRU全柔顺并联机构刚度分析

煤矿机械 2013年第4期34卷 124-127页

作者：朱大昌李培崔祥府严智敏江西理工大学机电工程学院江西赣州341000

4-CRU并联机构有4条对称的CRU支链组,具有3转动1平移运动特性。基于4-CRU并联机构的运动特性,设计具有全柔顺特性的新型4-CRU的全柔顺并联机构,并对全柔顺支链刚度和动力学方程进行分析。实验采用ANSYS软件仿真结果表明:通过与计算的刚... 详细信息

4-CRU并联机构有4条对称的CRU支链组,具有3转动1平移运动特性。基于4-CRU并联机构的运动特性,设计具有全柔顺特性的新型4-CRU的全柔顺并联机构,并对全柔顺支链刚度和动力学方程进行分析。实验采用ANSYS软件仿真结果表明:通过与计算的刚度进行对比,验证方法的可行性;为求全柔顺并联机构整体刚度提供依据;为超精密定位平台的精度研究提供帮助。

关键词：全柔顺并联机构运动特性支链刚度建模仿真

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空间全柔顺并联机构构型拓扑优化设计

空间全柔顺并联机构构型拓扑优化设计

作者：周磊江西理工大学

学位级别：硕士

精密制造已成为衡量一个国家制造水平的重要标志,在精密制造、航空航天、汽车、微机电系统、医疗等领域得到了广泛应用。随着应用的发展,对空间全柔顺并联机构的要求也越来越高,与此同时对空间全柔顺并联机构的设计产生了新的挑战。因此... 详细信息

精密制造已成为衡量一个国家制造水平的重要标志,在精密制造、航空航天、汽车、微机电系统、医疗等领域得到了广泛应用。随着应用的发展,对空间全柔顺并联机构的要求也越来越高,与此同时对空间全柔顺并联机构的设计产生了新的挑战。因此,引入简单、高效的设计方法对空间全柔顺并联机构进行设计成为了研究新热点。本章以空间全柔顺并联机构为研究对象,引入拓扑优化理论对空间全柔顺并联机构进行构型的设计,并结合有限元分析软件对所设计的空间全柔顺并联机构进行优化分析,定量的验证了该设计方法的有效性及合理性,本文主要从以下几个方面展开研究:(1)以3-RPC型空间三自由度(三平移)并联机构为本体,首先对其微分运动学进行分析,得出其输入输出之间的映射关系,然后根据拓扑优化设计方法对并联机构本体进行优化设计并对所设计出的全柔顺并联机构进行静力学分析,最后将分析结果与传统并联机构的运动学特性相对比,从而验证了拓扑优化设计方法的科学性和有效性。(2)以4-RPTR型空间四自由度(三平移一转动)并联机构为本体,首先结合螺旋理论对其进行了运动特性分析,得出其运动状态,然后根据拓扑优化理论对并联机构本体进行优化设计并对四自由度全柔顺并联机构进行静力学分析,定量的验证了该方法的有效性及合理性。(3)针对所设计出的空间三、四自由度全柔顺并联机构,在建立其有限元模型的基础上分别对两者的约束模态进行分析,得到空间三、四自由度全柔顺并联机构在各阶模态下的固有频率和阵型。本文以拓扑优化设计方法为基础,以空间三、四自由度并联机构为研究对象,将两者进行有机结合,设计出空间三、四自由度全柔顺并联机构构型,从结构拓扑层面实现了空间并联机构的设计。

关键词：全柔顺并联机构拓扑方法模态分析优化设计

空间四自由度全柔顺并联机构精密定位平台的刚度分析

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空间四自由度全柔顺并联机构精密定位平台的刚度分析

作者：李培江西理工大学

学位级别：硕士

科技在日新月异的高速发展,精密定位技术的精度也在不断的提高。怎样设计出具有更高精度的微位移平台成为当前精密定位技术发展的一个必然趋势。微动平台的刚度是影响其精度的重要因素,因此对刚度的分析至关重要。首先,本文以并联机构... 详细信息

科技在日新月异的高速发展,精密定位技术的精度也在不断的提高。怎样设计出具有更高精度的微位移平台成为当前精密定位技术发展的一个必然趋势。微动平台的刚度是影响其精度的重要因素,因此对刚度的分析至关重要。首先,本文以并联机构、柔顺机构等理论为支撑设计了一类以全柔顺并联机构为主要构件的精密定位平台;其次,依据虚功原理和单元动力学方程设计了一种对全柔顺并联机构静刚度的求解方法;最后,应用软件对所求结果验证,得证该方法的正确性。论文的主要工作包括： 1、从三类(3T1R、2R2T、3R1T)四自由度并联机构中分别选出一种机构,并利用螺旋理论分析其运动特性;2、根据所选并联机构(型号：4-CRU型、2RPU-2SPS型、4-RPUR型),通过柔性铰链替换法、柔顺机构学等相关知识设计出相应的全柔顺并联机构,使其作为精密定位平台的主要构件;3、利用单元动力学方程、全柔顺并联机构的结构特征等知识,求解全柔顺并联机构的静刚度;根据虚功原理,得出动平台的应变;4、利用ANSYS软件,分别对4-CRU型全柔顺并联机构、2RPU-2SPS型全柔顺并联机构和4-RPUR型全柔顺并联机构进行建模仿真,并得出其应变;5、将求解数据和仿真数据对比,得证所设计方法正确。结果： 1、所设计方法正确。 2、通过三类四自由度全柔顺并联机构的整体刚度的计算,均得出合理的结果,说明此种方法不仅适应于特例,并且具有一般性。 3、全柔顺并联机构的设计及其刚度的计算,丰富了精密定位平台的类型,提高了精密定位平台的精度。

关键词：精密定位平台螺旋理论全柔顺并联机构静刚度仿真分析

2RPU-2SPS全柔顺并联机构构型设计及刚度的研究

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江西理工大学学报 2012年第5期33卷 44-50页

作者：朱大昌李培崔祥府严智敏江西理工大学机电工程学院江西赣州341000

2RPU-2SPS型并联机构由RPU支链和SPS支链组成的非对称结构,具有2转动2平移运动特性的并联机构.文中基于2RPU-2SPS并联机构的运动特性,采用替换法设计出与之对应的柔性并联机构.应用ANSYS软件建立2RPU-2SPS型柔性并联机构、全柔顺并联机... 详细信息

2RPU-2SPS型并联机构由RPU支链和SPS支链组成的非对称结构,具有2转动2平移运动特性的并联机构.文中基于2RPU-2SPS并联机构的运动特性,采用替换法设计出与之对应的柔性并联机构.应用ANSYS软件建立2RPU-2SPS型柔性并联机构、全柔顺并联机构的支链模型,并对全柔顺并联机构的支链进行拓扑优化,进而设计出具有全柔顺特性的新型的2RPU-2SPS型空间全柔顺并联机构.实验仿真对比结果表明:全柔顺支链在整体刚度性能方面优于柔性并联机构支链,该设计方法为全柔顺并联机构整体设计提供了理论依据.

关键词：柔性并联机构全柔顺并联机构运动特性支链刚度建模仿真

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四自由度全柔顺并联机构刚度分析

测试技术学报 2013年第1期27卷 79-86页

作者：朱大昌李培崔祥府严智敏江西理工大学机电工程学院江西赣州341000

利用动力学方程求出4CRU型全柔顺并联机构支链的刚度,并用ANSYS软件仿真结果验证此种方法的正确性,为求全柔顺并联机构整体刚度提供了依据;本文基于4CRU并联机构的运动特性,采用传统柔性并联机构的构成方式设计了具有全柔顺特性的新... 详细信息

利用动力学方程求出4CRU型全柔顺并联机构支链的刚度,并用ANSYS软件仿真结果验证此种方法的正确性,为求全柔顺并联机构整体刚度提供了依据;本文基于4CRU并联机构的运动特性,采用传统柔性并联机构的构成方式设计了具有全柔顺特性的新型4CRU的全柔顺并联机构;利用动力学方程对全柔顺支链刚度进行计算;采用ANSYS软件建立4CRU型全柔顺机构支链模型,并对其刚度进行仿真实验对比研究;仿真结果与计算结果基本上一致,验证了分析方法的正确性.

关键词：全柔顺并联机构运动特性支链刚度建模仿真

平面两自由度全柔顺微运动并联机构的拓扑优化设计

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机械设计 2015年第10期32卷 15-18页

作者：朱大昌宋马军李雅琼广州大学机械与电气工程学院广东广州510006 江西理工大学机电工程学院江西赣州341000

首先分析了平面两自由度全柔顺并联机构的微运动学;然后在此基础上建立该机构的拓扑优化模型,运用OC算法对所建立的模型进行求解;最后运用有限元软件对所建立的三维模型进行仿真。得出通过拓扑优化得到的平面两自由度全柔顺并联机构可实... 详细信息

首先分析了平面两自由度全柔顺并联机构的微运动学;然后在此基础上建立该机构的拓扑优化模型,运用OC算法对所建立的模型进行求解;最后运用有限元软件对所建立的三维模型进行仿真。得出通过拓扑优化得到的平面两自由度全柔顺并联机构可实现x和y两个方向的微运动,且与同构型的传统并联机构运动相似,验证了该方法的有效性。

关键词：全柔顺并联机构拓扑优化模型 OC算法有限元软件微运动

基于全柔顺并联机构的空间微动超精密定位平台的研究

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基于全柔顺并联机构的空间微动超精密定位平台的研究

作者：顾起华江西理工大学

学位级别：硕士

在过去的几十年里,具有纳米/微纳米定位精度的精密定位平台越来越受到人们的关注,其广阔的应用前景和发展潜力使得对基于柔性/全柔顺并联机构的精密定位平台的研究具有重要意义。本文在基于柔性并联机构的精密定位平台的基础上结合柔... 详细信息

在过去的几十年里,具有纳米/微纳米定位精度的精密定位平台越来越受到人们的关注,其广阔的应用前景和发展潜力使得对基于柔性/全柔顺并联机构的精密定位平台的研究具有重要意义。本文在基于柔性并联机构的精密定位平台的基础上结合柔顺机构学理论设计了一类以全柔顺并联机构为主要构件的精密定位平台,并应用虚功原理对构成精密定位平台的柔性并联机构和全柔顺并联机构的静刚度进行了推导和一系列的仿真计算。具体内容如下： 1、以3-UPC型并联机构、4-RPUR型并联机构及UPU/4-SPS型非对称并联机构为原型,分别通过柔性铰链替换法及柔顺机构学相关原理构造了相应的柔性并联机构和全柔顺并联机构,并以此为基础设计出与之相对应的精密定位平台。 2、运用虚功原理,结合构成精密定位平台的柔性/全柔顺并联机构的结构特征,推导出柔性/全柔顺并联机构精密定位平台的静刚度理论模型。 3、从加工误差及理论模型误差等方面对精密定位平台的精度影响因素进行分析。 4、应用有限元分析法,利用Solidworks和ANSYS软件分别对3-UPC型柔性/全柔顺并联机构、4-RPUR型柔性/全柔顺并联机构和UPU/4-SPS型非对称柔性/全柔顺并联机构进行建模仿真,将实验数据代入静刚度模型,分别求得相应机构的静刚度矩阵。 5、将对应的柔性并联机构和全柔顺并联机构的静刚度值进行对比分析。

关键词：精密定位平台柔性并联机构全柔顺并联机构静刚度有限元分析