3-UPU柔顺并联机构构型拓扑优化设计与实验测试

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.

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

所属期刊栏目：40

分类号：TB486;TH12(工业通用技术与设备)

在线出版日期：2019-05-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：187-195