平面可控軌跡輸出的柔順機構設計方法研究.pdf

1、柔順機構是近年來國內外在機構學領域的研究熱點之一。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)學等眾多高科技領域獲得了廣泛的應用。柔順機構是一種依靠自身的部分或全部具有柔性的構件變形來輸出運動或力的機構，它的設計理念及方法與傳統(tǒng)的剛性機械設計方法有很大的不同，至今未形成系統(tǒng)完整的設計方法。 本文以連續(xù)體結構力學中的拓撲優(yōu)化方法為基礎，針對小變形柔順機構，研究實現(xiàn)平面可控軌跡輸

2、出柔順機構的設計方法。主要內容包括：(1)綜述了柔順機構的研究現(xiàn)狀，分析了目前柔順機構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的總體設計方法；指出了在使用拓撲優(yōu)化方法進行柔順機構設計時，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容；(3)采用兩輸入兩輸出機構模型來設計平面可控軌跡輸出的柔順機構，提出了可行的設計方法，建立了五種軌跡輸出柔順機構的

3、拓撲優(yōu)化設計模型；(4)在現(xiàn)有柔順機構物理建模中的彈簧模型的基礎上，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雜度；(5)在國外學者Sigmund提出的單輸入單輸出柔順機構模型的基礎上，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模型，實現(xiàn)了多自由度柔順機構的設計；(6)進行了平面可控軌跡輸出柔順機構的計算仿真設計，對所得概念設計結果提取輪廓，并放到商用有限元軟件中進行驗