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。     

考虑质量损失的柔顺机构多响应优化设计

针对现有的微纳机构多响应优化设计方法很少考虑设计过程存在的质量损失的实际情况,以细胞注射3自由度柔顺并联微动平台为研究对象,提出一种基于设计过程质量损失视角下的复杂多响应优化设计方法,通过建立以微动平台多方向的铰链柔度为响应变量的模型,在利用响应曲面方法来揭示柔性铰链各设计因子对微动平台多响应柔度的影响规律的基础上,采用设计过程质量损失模型来评估各设计方案的优劣。解决了当仅考虑机构设计技术参数要求而可能出现的难以评判各设计方案的优劣问题,为最终得到满足多响应柔度约束下的最佳优化设计方案提供了新思路,最后通过实例验证了该方法的可行性和有效性。     

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。     

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。     

柔顺机构的疲劳可靠性优化设计

基于伪刚体模型，以可靠度最大为目标，综合概率、疲劳和优化等学科的知识，给出了一种对柔顺机构进行优化设计的方法。建立了基于可靠性的随机变量优化问题的一般模型，分析了将概率约束条件转化为确定形式约束条件的方法；考虑柔顺元件的变形特性，计算了其随机疲劳强度、最大应力，分析了典型的约束形式；通过算例验证了该方法的正确性，结果表明，柔顺元件的可靠性对尺寸或材料特性等方面的变化比较敏感。     

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。     

基于平行四杆柔顺机构柔度稳健设计

针对柔顺机构优化设计未考虑柔度对机构工作性能影响的不足,提出基于平行四杆柔顺机构田口稳健优化设计方法,使平行四杆柔顺机构柔度达到稳健水平。根据实际工况,建立平行四杆柔顺机构柔度的稳健优化决策模型,以柔度作为优化目标,利用正交试验设计确定试验方案组合,将平行四杆柔顺机构柔度通过仿真得到并安排于正交表中。对柔度信噪比进行信噪比分析和统计方差分析,确定最优稳健组合参数。最后通过计算质量收益,实现了平行四杆柔顺机构柔度稳健。     

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。     

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.     

基于二阶响应面法的车辆转向机构稳健设计

综合考虑转向机构存在的不确定性运动误差,运用正交试验方法对某型车整体式转向机构进行了设计研究。以转向梯形臂长度、转向梯形底角为设计变量,以主销内倾角、主销后倾角、前轮外倾角和前轮前束为噪声因素,建立了基于二阶响应面的转向机构模型,并应用该模型对其进行了优化设计。通过与传统方法的结果对比,验证了本方法的先进性和有效性,为汽车转向机构的设计提供了新的方法。     

基于二阶响应面法的车辆转向机构稳健设计

综合考虑转向机构存在的不确定性运动误差,运用正交试验方法对某型车整体式转向机构进行了设计研究。以转向梯形臂长度、转向梯形底角为设计变量,以主销内倾角、主销后倾角、前轮外倾角和前轮前束为噪声因素,建立了基于二阶响应面的转向机构模型,并应用该模型对其进行了优化设计。通过与传统方法的结果对比,验证了本方法的先进性和有效性,为汽车转向机构的设计提供了新的方法。     

3-RPC型柔顺并联机构结构设计

针对目前并联机构精度低,无法满足高精度要求的现状,提出对传统并联机构进行优化设计。首先,以传统并联机构构型3-RPC为基础建立微分运动矢量映射关系Jacobian矩阵。建立空间3-RPC柔顺并联机构的拓扑优化SIMP模型并运用OC算法求解,将实体模型导入有限元软件中进行拓扑优化设计。其次,在Ossmouth中对优化好的构型进行过滤及光顺处理并导出进行二次建模。最后,运用曲线拟合方法对拓扑后的构型轮廓进行拟合修正,采用Solid Works软件建立其拟合修正后的模型,进而通过Hyper Works有限元软件对机构进行静力学分析。仿真结果表明:与同构型的传统并联机构相比,拓扑优化后的空间柔顺并联机构具有相同的微动特性,因而验证了空间并联机构的拓扑优化设计方法的有效性。     

柔顺机构驱动力矩分析

基于伪刚体模型,对一个柔顺曲柄滑块机构的原动件驱动力矩问题进行了研究,分析了当给定从动件运动规律时原动件的驱动力矩问题,得出了主动件驱动力矩与机构参数间的关系,讨论了在一定运动条件下,当原动件获得最大精入力矩时机构各参数的优化设计方案,并提出力矩优化设计模型.通过算例表明该方法可行.     

定常力输出柔性滑块机构的优化综合

定常力输出机构就是在一定的输入范围内输出一恒定力的机构。本文首先利用虚功原理建立了实现定常力输出柔性滑块机构中力与位移间的关系式 ,进而提出了当考虑和不考虑零件中的应力时柔性滑块机构的优化综合方法 ,最后给出了优化综合实例以证明该方法的正确性     

Robust Tolerance Design by Response Surface Methodology

The Response Surface Methodology (RSM) approach is adopted for data analysis for an experimental model in order to determine the optimal component tolerances in an assembly. The response variable is the total cost, which consists of quality loss and tolerance cost. RSM is a combination of mathematical and statistical techniques, which provides designers, not only with the optimal tolerance values, but also with the critical components in an assembly. This feature is very important during the design activities since it enables designers to have feedback and suggestions for possible design improvement. Using RSM to optimise and analyse the experimental results, a tolerance design for quality improvement and cost reduction can be achieved at an early stage of design, particularly, in an uncertain design environment.     

柔性杆连接的仿壁虎机器人结构设计

设计并研制具有柔性元件的可采用人造壁虎脚掌吸附材料的足式仿壁虎机器人结构。针对采用人造壁虎脚掌吸附的足式爬壁机器人,仿照生物壁虎设计基于连杆的仿壁虎机器人结构,进行运动原理分析,对机构进行简化,以及自由度计算。设计相应的运动步态,选用对角线步态实现机器人的直线行走以及转弯动作。为简化机构并使运动柔顺,采用柔性杆作为仿壁虎机器人的身体连接件,通过对机构自由度的计算,分析机构的可行性,并结合静力学分析对柔性杆的选择进行讨论。在Adams软件环境下建立虚拟样机进行仿真和测量,对各关节的受力情况进行分析。通过实物样机爬行试验,验证了设计的有效性和可行性。     

平面双稳态柔性微机构的优化设计

讨论了一种平面双稳态柔性微机构的设计问题。首先给出了机构稳定平衡位置的物理含义 ,建立了两种类型平面双稳态柔性微机构的伪刚体模型。提出了一种允许设计者随意指定稳定平衡位置点的具有较大自由度的优化设计方法 ,建立了优化数学模型及相应的约束准则 ,采用一种改进的遗传进化算法获得了全局最优解。根据所得的最优解对双稳态柔性微机构进行了分析 ,结果表明该设计方法是有效的