3-UPU柔顺并联机构构型拓扑优化设计与实验测试

• 作者: 梁海龙 焦凡苇
• 来源期刊: 包装工程
• 学科: 工学
• 关键词: 旋量与逆螺旋理论 微分Jacobian矩阵 拓扑优化技术 实验测试
• 年，卷（期）: 2019,（5）
• 所属期刊栏目: 机械与过程控制
• 页码范围: 187-195
• 页数: 9页
• 分类号: TB486|TH12
• 语种: 中文
• DOI: 10.19554/j.cnki.1001-3563.2019.05.026

摘要

目的 为了设计出具有x,y和z方向纯平动的微纳级精密定位装置.方法 首先,运用旋量与逆螺旋理验证所设计的传统3-UPU并联机构运动特性;采用封闭矢量映射原理构建3-UPU并联机构的微分Jacobian,实现各关节与动平台的空间映射关系.然后,定义优化问题的目标函数为结构刚度,约束函数为体积比,运动特性条件为微分Jacobian构造3-UPU柔顺并联机构的SIMP模型,并运用优化算法计算.最后,基于Ossmooth对优化构型进行CAD模型的提取,完成运动特性的力学仿真分析,此外,通过3D打印制造处理后的CAD模型,并完成运动特性的实验测试.结果 仿真可得,优化后的构型柔度值从58.324 mm/N下降到25.993 mm/N;一阶固有频率从964.64 Hz提高到1362.26 Hz;沿x,y和z方向的微运动特性分别达到2.488,6.512,9.185 μm;3-UPU柔顺并联机构优化构型的微运动特性与理论解处于同一微米级,并运用实验测试进行了验证.结论 拓扑优化设计的构型具有微米级运动特性和微米定位精度,实验测试结果验证了该优化技术的可行性.