基于APDL语言的柔性铰链机构参数化实体建模

柔性铰链机构是一种新型的微位移机构，具有无机械摩擦、无间隙、无热源、运动连续、不需润滑及分辨率高等优点，因而在许多领域得到了广泛应用。为了分析柔性铰链机构的输出位移，采用大型通用有限元分析软件ANSYS进行参数化有限元分析，APDL语言(ANSYS Parameter Design Language)是ANSYS软件提供的参数化程序设计语言，采用该语言可以分别地建立柔性铰链机构的几何实体模型。文章首先介绍了参数化编程语言APDL，再提出了用该语言进行编程实现参数化实体建模的一种方法，最后，以单平行四杆柔性铰链机构为例证明这是一种方便、快速的实体建模方法。     

新型直圆椭圆复合型多轴柔性铰链的柔度计算及其性能分析

多轴柔性铰链应用于空间柔性机构。提出一种新型多轴柔性铰链——直圆椭圆复合型多轴柔性铰链,以卡氏第二定理为理论基础,推导直圆椭圆复合型多轴柔性铰链的柔度计算式。采用所得计算式对一组实例进行柔度计算,同时对其进行有限元分析。通过对比分析,二者误差在14%以内,验证了计算式的正确性。借助于推导的计算式,分析直圆椭圆复合型多轴柔性铰链的结构参数对其柔度的影响。定义相对柔度比,得出直圆椭圆复合型多轴柔性铰链的转动能力、对载荷的敏感性均优于直圆型多轴柔性铰链。综上,直圆椭圆复合型多轴柔性铰链的提出,为柔性铰链在空间柔性机构的工程应用提供了新的思路。     

基于超声波电机的三维微动平台的设计

为了适应航空环境中低电压和轻重量的要求,设计了一种基于柔性铰链微位移缩小机构的微动平台。微动平台由超声波电机作为驱动元件,利用杠杆原理,经由柔顺机构输出缩小位移,从而实现机器人末端手臂的微位姿调整。对微位移缩小机构缩小倍数与运动学做了理论分析,并对柔性铰链位移和最大应力进行了有限元分析,实验证明该微动平台可以实现预期的运动。     

基于复合直梁型柔性铰链的导轨直线度测量研究

刚度是影响柔性铰链机械性能的重要参数指标,建立复合型柔性铰链拉伸刚度模型,在不同参数、不同尺寸条件下计算其解析解,通过ANSYS Workbench对其进行静力学仿真,分析各个结构参数对其刚度的影响,同时得出该种复合柔性铰链在同等尺寸及力的作用下比传统双边平行铰链有较大的输出位移。在解析解与仿真结果误差较小的情况下,设计出一种参数最优化的复合柔性铰链并搭建了测量平台,对滚珠丝杆驱动的导轨进行了直线度误差测量,将其结果和激光干涉仪测量结果对比,验证了基于该柔性铰链搭建的测量平台满足直线度的测量需求。     

一种基于柔性铰链微旋转平台设计与仿真

针对微/纳精密操作定位精度需求,采用压电驱动方法,设计一种基于柔性铰链的新型微旋转平台。设计一个直角柔性铰链一级放大机构对机构的输入位移进行放大;并对放大倍数和旋转角度进行了理论分析;比较该微旋转定位平台输出位移理论值和ANSYS有限元仿真值,理论值和仿真值基本吻合;对微旋转定位平台的柔性铰链应力变形进行了验证,在满足其输出位移情况下,材料的力学性能符合设计要求。     

刚柔耦合关节SCARA机器人的双柔性动力学模型北大核心

针对电子装配机器人高速高精要求,提出一种能够利用柔性铰链变形补偿轴承摩擦死区,实现高精度定位运动的刚柔耦合关节SCARA机器人的概念设计,并建立考虑柔性铰链变形与机械臂一阶弹性变形的双柔性动力学模型。首先,设计一种刚柔耦合轴承的结构,通过轴承中柔性铰链的变形量主动补偿摩擦死区引起的定位误差;在每个关节处引入两个扭转弹簧,分别模拟柔性铰链和机械臂的弹性变形;其次,建立关节的摩擦模型以模拟关节摩擦环境;然后,使用拉格朗日动力学方法建立包含摩擦信息与振动信息的动力学模型。设计开环和闭环的数值仿真进行验证,结果表明该模型理论分析的有效性。     

3自由度混合柔性铰链微定位平台的设计与分析

为了提高3自由度并联微定位平台的性能,研究了一种新型的混合柔性铰链微定位平台,它由正圆柔性铰链和直角柔性铰链组成。根据正圆柔性铰链和直角柔性铰链的不同特性,设计出了新型的混合柔性铰链微定位平台。先建立传统的3-RRR柔性铰链微定位平台和新型的混合柔性铰链微定位平台模型。再通过有限元分析软件,比较了新型混合柔性铰链微定位平台和传统的3-RRR柔性铰链微定位平台的柔度和灵敏性。结果表明,混合型柔性铰链微定位平台较传统的3-RRR柔性铰链微定位平台有更好的性能。     

超磁致伸缩微位移放大机构的设计与性能研究

针对超磁致伸缩驱动器在特殊工作情况下位移量过小的问题,设计一种杠杆结构的柔性铰链式超磁致伸缩微位移放大机构。通过理论计算与有限元分析相结合,验证该设计的合理性,并搭建实验平台测试超磁致伸缩驱动器驱动下放大机构的输出特性。结果表明:所设计的柔性铰链式放大机构放大比为5.32,等效刚度为1.29 N/μm,负载能力强,位移损失量较小,输出效率较高。     

基于压电驱动的液压放大盲文触点设计与试验

利用液压放大原理实现较好的输出性能,设计一种基于压电驱动的液压放大柔性盲文触点装置。说明盲文触点装置的结构及工作原理,并对液压放大单元进行理论分析及参数化设计。利用MATLAB仿真分析得出位移放大倍数与流体腔的直径和高度的关系,利用激光测微仪测量压电振子和柔性薄膜触点在不同驱动电压下的输出位移,试验与理论分析相吻合,验证了理论分析的正确性。最后对装置进行测试,结果表明：当流体腔直径为20 mm、腔高为3 mm、充水量为0.9 mL、共振频率为317.5 Hz时,位移放大比为4.16,柔性薄膜触点位移为0.226 mm,可供盲人感知字符,验证了用压电驱动液压放大方式构造盲文柔性触点是可行的、有效的。     

基于柔性铰链的微位移机构设计

针对传统机械式微位移机构无法达到很高的定位精度,设计了一种用于实现精密定位的压电陶瓷驱动的微位移机构.给出了该机构柔性铰链的设计参数,并计算了铰链材料的强度.利用有限元分析软件ANSYS对微位移机构进行结构静力分析,分析了理论计算与实际机构之间存在的误差,结果表明,所设计的柔性铰链参数是正确的.     

等效梁法及其在柔性铰链机构中的应用

文章讨论了等效梁法的基本原理，然后以双平行四杆柔性铰链机构为例分析其位移性能；采用该方法进行有限元建模，一个柔性铰链由4个梁单元组成，因而，整个柔性铰链机构的单元数很少。分析结果表明：等效梁法仿真效率高，且有很高的精度。这一点对于仿真分析复杂的柔性铰链机构非常重要。     

单平行四杆柔性铰链机构的输出位移和耦合误差分析

本文建立了单平行四杆柔性铰链机构的输出位移和耦合误差的公式,并用有限元法分析在其主要参数对输出位移和耦合误差的不同影响,指出耦合误差的存在对纳米级工作台的定位精度和分辨率有较大的影响。     

基于有限元的柔性铰链微位移放大机构设计

设计了基于有限元的柔性铰链微位移放大机构.给出放大机构的微位移损失与所加负载的关系,利用ANSYS软件对3种不同类型柔性铰链组成的放大机构进行了建模和有限元分析,验证了不同类型柔性铰链组成放大机构的变形和应变情况.     

基于压电双晶片驱动微位移放大机构设计

本文主要介绍了以压电双晶片驱动微位移放大机构的设计,该放大机构以三角放大机理构造的柔性铰链机构作为位移输出。并通过理论计算、建模以及有限元软件对微位移放大机构进行设计,最后制作了微位移放大机构的样机,并进行了实验测试。对得到的测试数据进行分析,结果表明:微位移放大机构的行程为0～77.8μm,放大倍数约为6.2倍。     

压电双晶片型微位移放大机构研究

本文主要研究以压电双晶片作为驱动元件,由三角放大机理构造的柔性铰链机构作为位移输出的微位移放大机构.通过理论计算、建模等对微位移放大机构进行设计;制作了微位移放大机构的样机,并进行了实验测试.对得到的测试数据进行分析,得出了结论:微位移放大机构的行程为0～77.8μm,放大倍数约为6.2倍.     

基于正交试验的柔性微夹持器参数权重分析

针对柔性微夹持器中柔性铰链在工作中受到交变应力作用导致屈曲的问题,以圆形切口柔性铰链为例,对其施加载荷后进行受力分析,推导出临界力的计算公式。通过Ansys Workbench17.0对铰链进行有限元屈曲分析,取第一阶屈曲模态,与利用推导公式得到的临界力进行对比,误差为0.23%,验证了公式的准确性。引入正交试验设计,找出影响临界力的可控因子和噪声因子并对其进行正交试验设计。采用权重分析法,定量分析参数对临界力的影响程度。研究结果表明各个参数对临界力变化的作用所占的权重不一样,为铰链设计提供了理论基础。     

基于正交实验法的柔性平行四杆机构类型与尺寸综合分析

柔性平行四杆机构被广泛应用于精密传动机构中,为了深入研究具有最优机构综合的柔性平行四杆机构,首先利用Solid Works对基于直梁型、正圆型和椭圆型3种柔顺铰链设计的柔性平行四杆机构进行建模,后利用ANSYS Workbench对3种柔性平行四杆机构进行了相关的比较分析,得出在同种变形情况下利用正圆型柔顺铰链设计的四杆机构具有最小的最大应力值。然后利用正交实验设计方法设计了一个三因素三水平的正交实验表,通过分析得出同种变形条件下基于正圆型柔顺铰链设计的平行四杆机构尺寸三因素的最佳组合设计,同时采用追加试验的方法验证了正交试验的可行性。接着利用SAS软件对正交试验表中的相关数据进行了多元线性回归分析,由此建立了最大应力值与三因素之间的数学模型,并利用该数学模型验算了最大应力值。最后,将ANSYS Workbench分析得到的最大应力值与SAS软件拟合模型通过计算得到的相关数值进行了误差分析,并通过计算得知两者间的平均误差不超过0.88%,从而验证了该模型具有较高的可靠性。采用的正交试验分析方法及SAS软件分析的思路对柔顺机构的设计及分析提供了一定的参考。     

压电双晶片型微位移放大机构研究

介绍了以压电双晶片作为驱动元件,由三角放大机理构造的柔性铰链机构作为位移输出的微位移放大机构。通过理论计算、建模等对微位移放大机构进行设计,制作了微位移放大机构的样机,并进行了试验。对得到的测试数据进行分析,研究结果表明,采用压电材料作为精密设备的驱动元件性能良好,所研制压电双晶片型微位移放大机构原理,可推广应用到其他微位移定位系统,是一项具有实际应用价值的技术。     

柔性铰链机构与驱动器的耦合特性及精度分析

介绍了一种二维微位移工作台系统的工作原理，结合该工作台建立了柔性铰链机构与驱动器的机电耦合模型，利用卷积积分求出了其耦合响应，并分析了影响工作台定位精度的主要因素，为在柔性铰链机构及其控制系统设计中提高系统响应速度和精度提供了理论依据。     

微夹持机构中椭圆弧柔性铰链的模糊优化设计

以增大椭圆弧柔性铰链的偏转角αz为目标,通过模糊优化设计,结合ANSYS仿真,研究微夹持机构中柔性铰链的优化问题.建立柔性铰链的参数优化模型,采用MATLAB对铰链的最小厚度t、长半轴a、短半轴b和力矩Mz进行优化,并通过ANSYS仿真进行检验.结果证明:优化后的柔性铰链偏转角大小与有限元仿真结果的相对误差为5.39％,比较吻合,说明了优化设计方法的正确性.