整體式少自由度柔性-全柔順并聯(lián)機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計及仿真對比研究.pdf

1、微/納制造技術(shù)作為衡量一個國家在制造水平方面的重要標志，已應(yīng)用于國防、工業(yè)控制、精密制造加工、電子制造、光學(xué)、信息、醫(yī)療、航空等各領(lǐng)域，在促使科技的進步、推進產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、帶動經(jīng)濟的增長、及保障國防安全等方面發(fā)揮著重要作用。微/納機構(gòu)包括微/納操作機構(gòu)和微/納尺度機構(gòu)，傳統(tǒng)的表現(xiàn)形式為柔性機構(gòu)。
　　通常的柔性機構(gòu)在微/納領(lǐng)域也存在著剛度小，承載能力不大等不足；柔性并聯(lián)機構(gòu)綜合了柔性與并聯(lián)的特點，彌補了剛度小，承載能力不大等缺點。目

2、前所研究設(shè)計的柔性并聯(lián)機構(gòu)，只是經(jīng)驗性的將柔性和并聯(lián)相結(jié)合，是一種形式上的將二者融合于一個機構(gòu)中，最終得出柔性并聯(lián)機構(gòu)仍然有鉸鏈存在于結(jié)構(gòu)。因此研究出科學(xué)、合理、簡單、實用的創(chuàng)新設(shè)計方法及相關(guān)理論應(yīng)用于無鉸鏈的全柔順并聯(lián)機構(gòu)研究設(shè)計為熱點和當務(wù)之急。
　　本文以平面二自由度及3-RPR型三自由度全柔順并聯(lián)機構(gòu)為研究對象，基于柔性并聯(lián)機構(gòu)主流方法偽剛體法及拓撲優(yōu)化方法對其進行設(shè)計研究，并分別應(yīng)用Hyperworks對所設(shè)計的平面同構(gòu)

3、型柔性/全柔順并聯(lián)機構(gòu)進行仿真，驗證了拓撲優(yōu)化理論應(yīng)用于平面全柔順并聯(lián)機構(gòu)構(gòu)型設(shè)計的科學(xué)性、簡易性和有效性。本文主要做了下面的研究工作：
　?。?）以平面二自由度（二平移）并聯(lián)機構(gòu)為本體，首先就本體展開微運動學(xué)分析，并以主流設(shè)計方法偽剛體法設(shè)計出相應(yīng)的柔性并聯(lián)機構(gòu)，其次引入一種新型的拓撲優(yōu)化設(shè)計方法設(shè)計出相應(yīng)的全柔順并聯(lián)機構(gòu)；最后對兩種方法所設(shè)計的結(jié)果，應(yīng)用有限元軟件進行仿真分析從而驗證了拓撲優(yōu)化設(shè)計方法的科學(xué)性，簡易性，及有效性

4、。
　?。?）以平面3-RPR型平面三自由度并聯(lián)機構(gòu)為本體，首先對3-RPR型平面三自由度并聯(lián)機構(gòu)進行微運動學(xué)分析，并以主流設(shè)計方法偽剛體法設(shè)計相應(yīng)的柔性并聯(lián)機構(gòu)，然后引入一種新型的拓撲優(yōu)化設(shè)計方法設(shè)計相應(yīng)的全柔順并聯(lián)機構(gòu)，并對兩種方法設(shè)計出的機構(gòu)進行加工，最后對兩種方法所設(shè)計的結(jié)果應(yīng)用有限元軟件進行仿真分析從而驗證了拓撲優(yōu)化設(shè)計方法的簡易性，科學(xué)性，及有效性。
　?。?）針對本文中平面二、三自由度柔性/全柔順并聯(lián)機構(gòu)的結(jié)果

5、，在其有限元模型基礎(chǔ)上分別對其進行約束模態(tài)分析，可得到平面二、三自由度柔性/全柔順并聯(lián)機每個機構(gòu)各階模態(tài)下的固有頻率及其固有振型。
　　本文針對平面二自由度及3-RPR型平面三自由度并聯(lián)機構(gòu)為本體，分別設(shè)計其偽剛體柔性及拓撲優(yōu)化全柔順并聯(lián)機構(gòu)，并分別進行靜力學(xué)仿真分析驗證了拓撲優(yōu)化方法應(yīng)用于全柔順并聯(lián)機構(gòu)的科學(xué)性和簡易性。選擇3-RPR型平面三自由度并聯(lián)機構(gòu)的兩種設(shè)計所得進行加工，最后對兩種本體的柔性/全柔順并聯(lián)機構(gòu)進行約束模態(tài)分