平面可控軌跡輸出的柔順機構(gòu)設(shè)計方法研究.pdf

1、柔順機構(gòu)是近年來國內(nèi)外在機構(gòu)學領(lǐng)域的研究熱點之一。由于它具有的無運動間隙、無磨損、無需裝配等許多剛性機械不具備的特性，在航空航天、微機電系統(tǒng)、生物醫(yī)學等眾多高科技領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。柔順機構(gòu)是一種依靠自身的部分或全部具有柔性的構(gòu)件變形來輸出運動或力的機構(gòu)，它的設(shè)計理念及方法與傳統(tǒng)的剛性機械設(shè)計方法有很大的不同，至今未形成系統(tǒng)完整的設(shè)計方法。 本文以連續(xù)體結(jié)構(gòu)力學中的拓撲優(yōu)化方法為基礎(chǔ)，針對小變形柔順機構(gòu)，研究實現(xiàn)平面可控軌跡輸

2、出柔順機構(gòu)的設(shè)計方法。主要內(nèi)容包括：(1)綜述了柔順機構(gòu)的研究現(xiàn)狀，分析了目前柔順機構(gòu)的研究重點及主要成果；(2) 提出了平面可控軌跡輸出柔順機構(gòu)的總體設(shè)計方法；指出了在使用拓撲優(yōu)化方法進行柔順機構(gòu)設(shè)計時，主要包括的四個過程：前處理過程、數(shù)學模型建立過程、優(yōu)化求解及分析過程、后處理過程，并分析討論了每個過程中的詳細工作內(nèi)容；(3)采用兩輸入兩輸出機構(gòu)模型來設(shè)計平面可控軌跡輸出的柔順機構(gòu)，提出了可行的設(shè)計方法，建立了五種軌跡輸出柔順機構(gòu)的

3、拓撲優(yōu)化設(shè)計模型；(4)在現(xiàn)有柔順機構(gòu)物理建模中的彈簧模型的基礎(chǔ)上，提出了更為廣義的全彈簧模型，將力輸入和位移輸入兩種輸入方式統(tǒng)一到同一模型中，有效的減小了程序的復(fù)雜度；(5)在國外學者Sigmund提出的單輸入單輸出柔順機構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，提出了單輸入多輸出、多輸入單輸出以及多輸入多輸出柔順機構(gòu)模型，實現(xiàn)了多自由度柔順機構(gòu)的設(shè)計；(6)進行了平面可控軌跡輸出柔順機構(gòu)的計算仿真設(shè)計，對所得概念設(shè)計結(jié)果提取輪廓，并放到商用有限元軟件中進行驗