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。     

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。     

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。     

考虑不确定性的稳健优化设计研究

传统的稳健设计仅能处理含有随机不确定性参数的问题,以响应的均值和方差来评价。稳健优化设计同时考虑随机不确定性参数和认知不确定性参数,实现不确定性传播的基础上对问题设计参数的优化。采用证据理论来统一描述随机不确定性和认知不确定性,并介绍了描述不确定性时的不确定性传播和响应原理,提出了响应评价准则。最后,以测试系统为研究对象,采用证据理论结构进行不确定性传播,以提出的准则为判断标准,对优化过程进行了验证。     

基于6σ的平面四连杆机构稳健优化设计

运用6σ的稳健优化设计理论,以连杆机构的几何参数为设计变量,以满足曲槽摇杆机构及传动角条件为约束,以再现轨迹精度最佳为目标函数,同时考虑连杆件制造精度对轨迹精度的影响,采用具有正态分布参数的蒙特卡罗法采样和多目标模拟退火算法对机构进行稳健优化设计。计算结果显示,与传统优化设计相比,该方法更符合实际情况,且当设计变量发生变异时,能有效保证机构的运动轨迹精度。     

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。     

考虑疲劳性能的柔顺机构拓扑优化设计

柔顺机构需要承受多次往复运动,交变应力导致机构容易发生疲劳损伤及失效.为了满足疲劳性能要求,提出一种考虑疲劳性能的柔顺机构拓扑优化设计方法.考虑恒定振幅的比例载荷作用,采用修正的Goodman疲劳准则评定柔顺机构的疲劳强度,以柔顺机构的输出位移最大化为目标函数,以疲劳性能和结构体积作为约束,采用改进的P范数方法进行疲劳约束凝聚,建立基于疲劳性能约束的柔顺机构拓扑优化模型,利用映射过滤方法避免数值不稳定性现象,采用移动渐近优化算法求解柔顺机构疲劳约束拓扑优化的多约束优化问题.数值算例结果表明基于疲劳约束拓扑优化获得的柔顺机构能够满足疲劳要求,机构的von Mises等效应力分布更加均匀;并且分析不同的作用载荷条件对柔顺机构构型及其性能的影响规律.     

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。     

柔顺机构拓扑优化设计

首先介绍了柔顺机构拓扑设计的现状,在此基础上进一步讨论了柔顺机构拓扑设计的基础结构法和均匀化方法;对相关的优化模型、材料模型进行了讨论,给出了拓扑结构的提取及过滤算法。最后指出了机构拓扑优化设计的发展动态和应重点研究的内容。     

集中柔度全柔性机构拓扑优化设计研究

根据集中柔度全柔性机构特点,基于连续体拓扑优化技术,采用SIMP人工材料密度方法.以机构的刚度和柔度要求相结合的功能函数作为优化目标,建立集中柔度全柔性机构拓扑优化设计模型.采用优化准则法进行数值计算,并推导了迭代公式.通过所建立的优化模型设计出的机构拓扑图形具有"集中柔度"特征,为集中柔度全柔性机构的设计提供了基础.数值算例证明了研究方法的有效性.     

考虑最小尺寸控制的压力驱动柔顺机构拓扑优化设计

拓扑优化设计的压力驱动柔顺机构拓扑构型容易出现类铰链结构,导致难以制造加工。为了满足制造工艺要求,提出一种考虑最小尺寸控制的压力驱动柔顺机构拓扑优化设计方法。采用改进的固体各向同性材料惩罚模型,利用达西定律结合排水项计算流体压力载荷,以机构的互应变能最大化和应变能最小化为优化目标,采用Otsu算法和拓扑细化算法提取柔顺机构的骨架特征,从而构建最小特征尺寸控制,以结构体积和最小特征尺寸作为约束,建立考虑最小尺寸控制的压力驱动柔顺机构拓扑优化模型,采用移动渐近线算法进行压力驱动柔顺机构拓扑优化问题求解。数值算例结果表明,所提设计方法获得的压力驱动柔顺机构最小特征尺寸满足约束,能够有效地抑制类铰链结构,并且分析不同最小控制尺寸对柔顺机构拓扑优化结果影响规律。     

平面连杆机构的6σ稳健优化设计

在平面连杆机构的确定性优化设计中,满足各种约束的最优解一般在约束边界附近,当设计变量产生随机波动时,最优解往往变成违反约束的不可行解,导致设计失效.运用6σ稳健优化设计理论,建立了基于容差模型的再现轨迹连杆机构的稳健优化设计数学模型,利用iSIGHT软件集成的6σ稳健优化设计模块,进行稳健优化设计.结果表明,稳健优化设...     

柔顺机构几何非线性拓扑优化设计

对柔顺机构几何非线性拓扑优化设计理论进行了深入研究。首先,建立增量形式平衡方程,采用Total-Lagrange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,基于固体各向同性材料插值方法,建立体积约束下,输出位移最大为目标函数的柔顺机构几何非线性拓扑优化数学模型,目标函数敏度分析采用伴随求解技术,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,应用上述方法对柔顺机构进行几何非线性拓扑优化设计能够得到合理拓扑图,并比线性分析所得机构的稳定性更高,同时也说明了对柔顺机构进行几何非线性拓扑优化的必要性。     

基于柔度比优化设计杠杆式柔性铰链放大机构

分析与研究了柔性铰链的柔度特性,用于柔性放大机构的优化设计。提出了一个通用的柔度比参数λ,探讨了具有不同柔度比λ的柔性铰链主要输出位移形式的灵敏度,分析了它对常用柔性铰链的柔度特性的影响规律。然后,以柔性铰链的柔度比λ为基本参数,在考虑柔性铰链转动中心偏移量的基础上,推导了二级杠杆式柔性铰链放大机构放大率的理论计算方法,并依据柔性铰链的柔度比特性提出了柔性放大机构的优化设计方法。开展了有限元仿真和实验研究。结果显示,优化后的柔性放大机构的放大率比优化前的放大率分别提高了0.234和0.23。实验表明,依据柔性铰链的柔度比λ对柔性放大机构进行优化设计能够有效地提高柔性放大机构的位移放大率与工作行程,进而提高放大机构的末端运动及定位精度。     

考虑输出耦合时柔顺机构拓扑与压电驱动单元的优化设计

研究了柔顺机构拓扑优化与压电驱动单元位置和尺寸的最优设计问题,首先给出了多目标优化设计模型。在优化设计模型中不仅考虑了机构与驱动器的耦合,同时还考虑了机构柔度与刚度之间的协调问题和输出耦合的抑制策略与方法,在此基础上给出了机构拓扑、驱动单元的位置和尺寸的优化算法。最后,通过算例说明了该方法的正确性和有效性。     

连续体结构的柔顺机构拓扑优化设计

通过对连续体结构柔顺机构的拓扑分析,提出了连续体柔顺机构拓扑优化方法,即同时考虑最大化的互应变能和应变能,即系统的刚度和柔度;建立其数学模型并用此分析其约束的敏度。     

一种新型6自由度正交并联机器人机构的柔度分析

介绍一种具有正交位姿的 6自由度并联机器人新机型的布局特点 ,推导出变形与力关系方程式 ,对其在正交位姿的柔度及柔度与机构几何参数关系进行分析 ,为该机型设计和使用提供理论依据。该机型在正交位姿具有独特优点 ,使它特别适合于作为 6自由度微动工作台和 6维力传感器结构