隨著對機械結構的功能要求不斷提高,僅靠剛性結構已經不能滿足3C產品裝配的要求,柔順機構因其體積小、重量輕、無摩擦等優(yōu)點正在不斷代替一些剛性結構實現裝配的功能。柔順機構的獲得主要采用拓撲優(yōu)化方法。在拓撲優(yōu)化方法中,水平集方法也因其獨有的優(yōu)勢而不斷得到研究人員的青睞。本課題正是基于水平集理論對柔順機構拓撲優(yōu)化進行研究,為后續(xù)優(yōu)化設計結構對具體的3C產品裝配奠定基礎。首先,對水平集方法進行了研究并改進。有限元分析是水平集方法優(yōu)化的基礎工作,采用特定的形式對單元以及節(jié)點進行編號并給出了有限元分析在水平集方法中的具體算法實現過程。然后研究了水平集方法的實現,包括水平集方程的構建以及求解、符號距離重新初始化、收斂性判斷等,在此基礎上編寫水平集算法,為課題后面的研究奠定基礎。其次,對分布式柔順機構的特點以及柔順機構優(yōu)化模型的建立過程進行研究。建立一般形式上的拓撲優(yōu)化模型,在此基礎上求解演化速度場并對其進行擴展;然后以位移反向機構和夾鉗機構為例,確定對應的設計變量、目標函數以及約束條件,分別建立對應的拓撲優(yōu)化數學模型,利用線性加權組合公式和增廣乘子法將其轉化為無約束優(yōu)化模型,并在此基礎上求得兩個模型對應的速度場。然后,在拓撲優(yōu)化模型的建立以及水平集方法的基礎上,以位移反向機構和夾鉗機構為例,給定初始拓撲,利用水平集方法對其進行優(yōu)化,獲得迭代優(yōu)化中間過程以及最終拓撲結構并對其進行分析,力圖達到期望的位移反向功能和夾緊功能。在此基礎上,對水平集算法進行擴展,通過修改算法的特定內容以獲得類似的結構從而實現更加廣泛的應用。最后,基于上述所得拓撲結構,建立位移反向機構和夾鉗機構的三維模型并對其進行仿真分析,獲得理論上的結構輸入輸出性能。在此基礎上選擇實驗器材,搭建實驗平臺,對位移反向機構和夾鉗機構分別進行加載實驗,測試其性能,將實驗結果與仿真結果對比,驗證結構功能的有效性。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TH112
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文由于 3C 產品的特點，如果采用柔順機構對其進行裝配，將可以起到保護3C 零件，提高精度的作用。柔順機構提出并開始發(fā)展始于 20 世紀 80 年代，根據運動方式的不同，可以分為兩種類型：（1）集中式柔順機構，主要是借助柔性鉸鏈來傳遞力與運動，該類結構的變形主要是通過鉸鏈的變形來完成的，大部分的結構仍然具有剛性結構的特征，如圖 1-4 所示；（2）分布式柔順機構，通過整體結構的均勻變形來實現所要求的功能，整個機構變形過渡均勻，如圖1-5 所示。隨著人們對其認識的深入，其優(yōu)點不斷體現，從而得到了迅猛的發(fā)展。與剛性機構相比，柔性機構通過自身形狀的改變即可達到預期的效果，而且具有體積較小、無摩擦、重量輕、構成零件數量少等優(yōu)點[2]，而且可以降低系統(tǒng)的振動和噪聲、減少制造過程和裝配過程。正因為這些優(yōu)點，柔性機構也越來越多的取代剛性結構而成為工程師們的首選。

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文由于 3C 產品的特點，如果采用柔順機構對其進行裝配，將可以起到保護3C 零件，提高精度的作用。柔順機構提出并開始發(fā)展始于 20 世紀 80 年代，根據運動方式的不同，可以分為兩種類型：（1）集中式柔順機構，主要是借助柔性鉸鏈來傳遞力與運動，該類結構的變形主要是通過鉸鏈的變形來完成的，大部分的結構仍然具有剛性結構的特征，如圖 1-4 所示；（2）分布式柔順機構，通過整體結構的均勻變形來實現所要求的功能，整個機構變形過渡均勻，如圖1-5 所示。隨著人們對其認識的深入，其優(yōu)點不斷體現，從而得到了迅猛的發(fā)展。與剛性機構相比，柔性機構通過自身形狀的改變即可達到預期的效果，而且具有體積較小、無摩擦、重量輕、構成零件數量少等優(yōu)點[2]，而且可以降低系統(tǒng)的振動和噪聲、減少制造過程和裝配過程。正因為這些優(yōu)點，柔性機構也越來越多的取代剛性結構而成為工程師們的首選。

勻變形來實現所要求的功能，整個機構變對其認識的深入，其優(yōu)點不斷體現，從而得柔性機構通過自身形狀的改變即可達到預擦、重量輕、構成零件數量少等優(yōu)點[2]，少制造過程和裝配過程。正因為這些優(yōu)點構而成為工程師們的首選。R3AGILUS 圖 1-2 ABB 公司的 IRB1

【參考文獻】

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本文編號：2830659