考虑不确定性的柔顺机构柔度6σ稳健优化设计

针对柔顺机构传统确定性优化设计未充分考虑设计变量的随机波动而导致其功能稳定性较差的难题,提出了结合试验设计、响应曲面法、DFSS(Design for Six Sigma)理念的稳健优化设计新方法。首先在分析柔顺机构稳健特点与随机波动现象的基础上,依据工况对设计变量进行科学选择,采用中心组合试验设计方法选取试验组合;然后通过构建的有限元模型进行数值模拟,得到试验设计各组合的响应值,从而建立柔度响应面模型来进行稳健优化;最后以柔顺板为对象进行了6σ稳健优化设计实例分析。通过与传统确定性优化设计进行对比,表明该新方法不仅增强了柔顺板柔度稳健性而且提高了优化求解效率,为增强柔顺机构在高尖端领域的抗干扰能力提供了一种新的设计思路。     

柔性悬臂梁柔度6σ稳健优化设计

在柔顺机构优化中如何考虑设计变量的随机波动与外界随机载荷的不确定性干扰成为柔性机构稳健可靠性保障的关键问题。引入6σ稳健设计方法,建立了稳定性优化模型,并对以柔性悬臂梁为载体的柔顺机构进行了柔度稳健优化设计,通过与传统柔性悬臂梁柔度确定性优化结果对比表明,其柔度稳健水平达到了8σ,验证了6σ稳健优化设计具有良好的效果。     

基于灰熵法的柔顺机构多响应稳健优化设计

针对柔顺机构的刚柔特性及结构参数与响应特性之间存在相关性不确定,导致其多响应权重难以确定的问题,提出灰熵法应用到柔顺机构的多响应稳健优化设计过程中,选取单边混合型柔性铰链为研究对象,结构参数作为可控因子进行稳健设计,采用有限元分析得到仿真试验结果。然后根据柔度的望目特性构造出多目标函数,进行回归分析得出各柔度信噪比与结构参数之间的拟合关系,建立了灰熵模型,利用熵权法计算各柔度的权重,并采用灰色关联法进行修正。最后将不同权重确定方法下的最优结构参数组合、各向柔度及其信噪比进行比较,验证了灰熵法的可行性。     

基于熵权理论和满意度函数法的柔顺机构多响应稳健优化设计

以细胞注射3自由度柔顺并联微动平台为研究对象,针对微纳机构多响应稳健优化设计中确定各响应权重缺乏理论依据,难以对各设计方案进行全面客观评判差异性的问题,通过建立微动平台多方向的铰链柔度运动模型,引入熵权理论和满意度函数方法来破解微纳柔顺机构多响应设计稳健性的难题,最终得到满足多响应柔度约束条件下的优化设计方案。实例表明该方法可以为满足微纳柔顺机构高、精、尖的可靠性与精度优化设计的严苛要求提供一种新的解决途径。     

基于BP神经网络的柔顺铰链多目标稳健优化设计

为了提高柔顺铰链的稳健性，引入遗传算法和反向传播(Back Propagation, BP)神经网络方法对柔顺机构进行参数优化，运用正交试验来选出训练参数和测试参数，建立BP神经网络模型，利用神经网络的非线性拟合能力和遗传算法的全局搜索寻优能力对柔度和固有频率信噪比分别进行单目标和多目标寻找选取范围内的全局最优，不仅仅局限于选取因素水平的排列组合，也为提高柔顺铰链稳健性提供了一种新的解决途径。实验结果显示，柔顺铰链综合评价函数更优，实现了稳健优化设计的目的，证明了该方法的有效性。     

基于响应曲面法的柔顺机构多响应问题稳健优化设计

以细胞注射3自由度柔顺并联微动平台为研究对象,针对柔顺并联机构多响应设计存在不稳定的难题,通过建立以微动平台多方向的铰链柔度为响应变量的精密定位及运动模型,引入响应曲面方法来解决多响应问题,通过揭示柔性铰链各种设计因子对微动定位平台多响应柔度的影响规律,破解了微纳机构多响应设计的难题,最终得到满足多响应柔度约束下的最佳稳健优化设计方案。该方法为满足微纳柔顺机构高、精、尖的可靠性与精度方面严苛要求的优化设计提出了一种新的解决途径,最后通过实例验证了该方法的正确性和有效性。     

柔顺机构几何非线性多目标拓扑优化设计

给出一种柔顺机构几何非线性多目标拓扑优化设计的新方法.首先,建立增量形式平衡方程,采用Total-La-grange描述方法和Newton- Raphson载荷增量求解技术获得几何非线性的结构响应.其次,建立适合求解几何非线性的多目标拓扑优化数学模型,目标函数以平均柔度最小和几何增益最大来满足机构的刚度和柔度需求,提出用标准化方法建立多目标函数,利用决定函数得到最优妥协解.目标函数敏度分析采用伴随求解技术,拓扑优化采用固体各向同性材料插值方法,并用移动近似算法进行迭代求解.最后,通过算例说明以上方法的正确性和有效性.研究结果表明,运用该柔顺机构几何非线性多目标拓扑优化方法能够在刚度和柔度之间找到最优妥协解,不但提高机构柔度,而且提高机构刚度,同时也说明对柔顺机构进行几何非线性拓扑优化的必要性.     

考虑复杂多响应问题的柔顺机构稳健优化设计

以细胞注射3-RRR柔顺并联微动平台为研究对象,针对柔顺并联机构多响应设计存在不稳定的难题,根据3-RRR柔顺并联微动平台沿X向、Y向平动和绕Z轴转动时的柔度关系,采用田口设计及蒙特卡洛仿真方法,在满足X向柔度具备较强稳健性的情况下,对微动平台Y向平动和绕Z轴转动时转动中心的柔度分别进行了迭代寻优,揭示了柔性铰链各种设计因子对微动定位平台多响应柔度的影响规律,找出了柔性铰链最佳的几何尺寸,为考虑不确定性扰动情形下柔顺机构复杂多响应问题的稳健优化设计提供了一种新的解决途径。最后通过实例验证了该方法的有效性。     

考虑质量损失模型的多响应柔顺机构容差设计

针对多响应柔顺机构设计中既要保证机构性能的精度又要降低其制造成本的问题,以3自由度的柔顺并联细胞注射微动平台为研究对象,提出一种考虑质量损失模型的多响应容差设计方法来对具有复杂多响应问题的柔顺机构进行容差设计。该方法通过建立复杂产品的质量损失模型来表征复杂多响应柔顺机构的质量损失并引入田口方法的思想对其进行容差设计,利用熵权理论确定柔顺机构各方向柔度的重要程度和方差分析方法确定各设计变量波动对柔顺机构各方向柔度稳健性的重要程度,在已确定各设计参数最佳组合的前提下,通过综合考虑复杂多响应柔顺机构的质量水平和制造成本来确定各个设计参数的容差,从而完成对具有复杂质量结构的多响应柔顺机构的容差设计,为多响应柔顺机构的容差设计提供一种新的设计思路。     

基于改进满意度函数的柔顺机构多响应稳健优化设计

针对细胞注射3-RRR柔顺并联微动平台多响应设计中没有同时考虑稳健性与最优性的难题,通过引入双响应曲面法的思想,提出了一种基于改进满意度函数的多响应稳健优化设计。该方法首先建立了微动平台多方向的铰链柔度运动模型,在此基础上进行响应曲面试验设计;然后引入双响应曲面考虑了多响应的均值与方差,并拟合出多响应均值和方差的曲面模型;最后通过满意度函数将多响应问题转化为求综合满意度函数最大值的简化问题,得到了满足约束条件的稳健性优化设计方案。实例表明:该方法可以为柔顺机构的多响应稳健优化设计提供一种新的途径。