柔顺机构

摘要： 针对微操作和微装配领域对微夹持器高位移放大比、多自由度和平动夹持的性能需求,采用双叶型桥式机构和平行四边形机构,设计了一种压电柔顺x-y微夹持器。利用有限元法建立了微夹持器的静力学与动力学模型,并通过ANSYS Workbench软件分析微夹持器的位移放大比、固有频率和输出耦合比。最后,搭建试验测试系统验证微夹持器的开环性能。试验结果表明:微夹持器x,y向的位移放大比分别为30.8和8.6,一阶固有频率为123.3 Hz;当施加10μm输入位移时,微夹持器x,y向的工作行程分别为0~616.6μm和0~51.0μm,夹持力范围为0~25.8 mN;微夹持器x,y向位移放大比与一阶固有频率的实验测试和仿真数值之间的相对误差分别为17.9%,19.8%,13.9%。试验结果验证了该理论模型和仿真分析的可行性。

摘要： 为解决柔顺常力机构常力范围不足的问题,基于有限元方法分析结构参数对常力输出特性的影响,提出适应正负刚度组合常力机构的优化方法.首先,以一种Z型梁与双稳态梁并联的常力机构作为研究对象,通过对两种梁的力-位移特性进行分析,获得与机构常力特性相关的结构参数.然后,利用Workbench仿真,对比理论分析结果,得出未优化机构实现常力的输入位移区间为[1.2,2.5] mm,常力为18 N;并利用Matlab仿真,评估两种梁的主要结构参数对常力特性的影响.最终,运用有限元优化法求取结构参数组合的最优解,得出优化后机构实现常力的输入位移区间为[2.0,4.5] mm,常力为68.5 N.优化结果证明了该方法的有效性及可行性.

摘要： 为了满足制造工艺和静强度要求,提出一种综合考虑最小尺寸控制和应力约束的柔顺机构混合约束拓扑优化设计方法。采用改进的固体各向同性材料插值模型描述材料分布,利用多相映射方法同时控制实相和空相材料结构的最小尺寸,采用最大近似函数P范数求解机构的最大应力,以机构的输出位移最大化作为目标函数,综合考虑最小特征尺寸控制和应力约束建立柔顺机构混合约束拓扑优化数学模型,利用移动渐近算法求解柔顺机构混合约束拓扑优化问题。数值算例结果表明,混合约束拓扑优化获得的柔顺机构能够同时满足最小尺寸制造约束和静强度要求,机构的von Mises等效应力分布更加均匀。

摘要： 设计了一种由正刚度机构与负刚度机构并联形成的柔顺恒力机构,提出了一种对称折叠的刚度为线性的正刚度机构,用正刚度机构与双稳态梁并联形成准零刚度机构即柔顺恒力机构。对影响双稳态梁特性的参数进行了仿真分析,仿真分析结果表明,设计的柔顺恒力机构恒力范围约为2 mm且恒力大小约为6.2 N。

摘要： 基于柔性梁的动刚度矩阵以及矩阵位移法建立了一种微位移柔顺放大机构的伪静态参数化模型.该模型可以对新机构进行快速化运动预测和参数化运动分析,并且可以得到位移放大率的解析模型.通过模拟退火算法优化结构的尺寸与形状得到了一种新的机构,它的放大率相比于原始构型增加了9%且固有频率为409 Hz,与有限元结果对比相对误差小于2%,验证了模型的准确性.分析了在负载与输入位移共同作用下新机构的放大率变化规律以及结构关键节点处的加工误差对输出位移的影响.结果表明,模型顶点与输出端的X方向加工误差对输出位移的影响最大.

摘要： 针对精密加工过程对恒力控制的需求,利用折叠梁和双稳态梁,提出了一种基于正负刚度组合的常力机构,首先根据伪刚体模型得出了常力机构的整体数学模型,其次通过有限元仿真了常力机构输入位移与输出力之间的关系,并与理论计算结果进行对比验证,结果显示所建立的模型能准确反映常力机构的力学特性。使用粒子群算法(PSO)对常力机构的主要参数进行优化,结果表明优化后的常力机构能在输出位移为[2~4]mm的范围内保持约120N的常力,提升了机构的常力范围和平整度,可以满足加工过程中对恒力的需求。

摘要： 为了提高各向异性材料柔顺机构的变形性能,提出一种考虑纤维角度变化的各向异性材料柔顺机构拓扑优化设计方法。采用改进的固体各向异性材料惩罚模型(Solid orthotropic material penalization,SOMP)引入变化的设计单元纤维角度,以柔顺机构的互应变能最大化为目标函数,以材料体积为约束,建立考虑纤维角度变化的各向异性材料柔顺机构拓扑优化数学模型,采用移动渐近算法求解各向异性材料柔顺机构拓扑优化问题。数值算例结果表明:提出的设计方法是有效的,与未考虑角度变化拓扑优化结果相比,考虑纤维角度变化的各向异性材料拓扑优化获得的柔顺机构构型有所不同,并且互应变能更大。

摘要： 针对多自由度柔顺机构存在输入耦合、输出耦合现象,提出一种完全解耦的多相材料柔顺机构拓扑优化设计方法。采用单元堆积方法建立多相材料插值模型,以机构的多个输出位移加权和最大化作为目标函数,引入输入耦合和输出耦合约束抑制耦合效应,以输入耦合、输出耦合和各相材料结构体积作为约束,建立基于多相材料的完全解耦多自由柔顺机构拓扑优化模型,将移动渐近线优化算法用于求解多约束拓扑优化问题。与无解耦拓扑优化结果相比,完全解耦拓扑优化获得的多相材料柔顺机构构型有所不同,机构的输入耦合和输出耦合得到有效抑制,能够实现多自由度机构输入、输出运动完全解耦;并且分析不同抑制耦合系数对拓扑优化结果影响。

摘要： 为了避免大变形引起静强度失效,提出一种考虑全局应力约束的大变形柔顺机构拓扑优化设计方法.采用Total-Lagrangian描述方法和增量式Newton-Raphson法求解机构的大变形响应问题;采用基于假设密度场的单元势能插值法,从而避免几何非线性拓扑优化出现的数值不收敛问题;以输出位移最大化作为优化目标,采用改进的P范数将机构所有单元局部应力约束转换为一个全局应力约束,构建考虑全局应力约束的柔顺机构几何非线性拓扑优化模型,采用移动渐近线算法求解优化问题.数值算例结果表明,采用本文方法获得的大变形柔顺机构能够有效满足应力约束.随着允许应力约束值的减小,机构构型中的铰链区域逐渐扩大,使机构的柔度分布更加均匀,但是输出位移逐渐减小.

摘要： 基于几何精确梁理论(GEBT),研究大变形柔顺机构的动力学建模与仿真求解问题:依据Euler-Bernoulli梁变形假设,构造严格满足梁截面与形心线切向垂直关系的大变形梁单元变形场;利用虚功率原理推导几何精确Euler-Bernoulli梁单元的节点力、质量矩阵及广义外力,对柔顺四连杆机构和空间圆弧导向柔顺机构两种典型柔顺机构建立精确动力学模型,并进行仿真对比.仿真结果表明,与绝对节点坐标(ANCF)梁单元模型和ADAMS的数值结果相比,采用几何精确Euler-Bernoulli梁单元进行柔顺机构动力学仿真分析在计算效率和计算精度上均具有优越性.

摘要： 在国内外学者的不断探讨和研究下,柔顺机构拓扑优化设计在理论和应用方面都得到了大力发展和完善,但是目前柔顺机构拓扑优化设计的研究还仍存在许多问题和不足.一方面是基于传统的几何表述方式,后处理时提取适合于加工的几何模型比较困难,造成了计算资源浪费,并且直接影响了设计精度,另一方面多材料柔顺机构设计成为一个新的挑战,如何能表述多种多样的柔顺机构形状拓扑,又使机构具有可加工性是当前迫切需要解决的问题之一.本项目针对目前研究方法存在的问题,提出了基于成对曲线组合的柔顺机构几何表述方式,旨在为柔顺机构拓扑和形状优化设计问题提供一套系统的解决方法.

摘要： 柔顺机构的拓扑优化设计中会产生类铰链现象,会引起高集中应力、加工制造困难.提出了一种基于节点设计变量法的无类铰链柔顺机构的拓扑优化设计方法.在指定的子区域内,采用不依赖网格的映射函数表示节点设计变量与节点密度变量的关系,实现最小尺寸约束避免产生类铰链,以满足加工工艺要求.本文将移动近似算法用于拓扑优化问题求解.数值算例结果表明,本文提出的方法应用于无类铰链柔顺机构拓扑优化设计中是有效的,能够消除数值不稳定现象、获得清晰的拓扑结果,且便于制造加工.

摘要： 现代机械系统正在高速向柔顺方向发展.柔顺机构是利用自身柔性构件的弹性变形来转换力、运动和能量的一种新型机构.近年来,柔顺机构拓扑优化的研究取得了很大进展,但也面临许多挑战.本文中,对柔顺机构拓扑优化的设计方法(主要包括:基础结构法、均匀化方法、变密度法、变厚度法、独立连续映射方法和水平集与任意拉格朗日-欧拉方法)和优化求解算法的主要研究成果进行了总结.最后,分析了柔顺机构存在的问题,并对其发展方向进行了展望.

摘要： 本文基于伪刚体模型，综合考虑柔顺机构中柔性构件的横向变形和轴向变形的影响，提出了带移动副的两自由度伪刚体新模型。用移动副和转动副分别描述构件的轴向位移和横向位移，模拟末端受（力和力矩）复合载荷作用下悬臂梁的变形，建立了柔顺机构的PR伪刚体模型。得出了模型的最优特征半径系数和刚度系数。通过数值模拟将PR伪刚体模型与1R、2R伪刚体模型以及柔顺杆对比，说明PR模型的优越性。

摘要： 由于柔性构件存在着大变形，使得常见的位置分析方法在对柔顺机构进行位置分析时受到限制，为此本文采用迭代法进行分析。以平面柔顺四杆机构为研究对象，利用理想铰链模型对机构中柔性铰链进行等效，对等效后机构进行运动学及静力学分析，然后对大变形柔性构件进行变形分析，进而形成了柔顺机构位置分析的迭代过程。该方法充分考虑了机构中柔性构件的大变形，且适用于含各种类型柔性铰链的柔顺机构位置分析。

摘要： 针对双臂空间机器人捕获卫星操作过程中关节易受冲击破坏的问题,在关节电机与机械臂之间加入了一种旋转型串联弹性执行器(RSEA)--柔顺机构.其作用在于:一、通过其内置弹簧的拉伸或压缩变形来吸收捕获操作过程中被捕获卫星对空间机器人关节产生的冲击能量;二、可以利用合理设计的与之配合的避撞柔顺控制策略来保证关节所受冲击力矩受限在安全范围.首先,分别应用Newton-Euler法与第二类Lagrange方程法建立了捕获操作前目标卫星与含柔顺机构双臂空间机器人的开环分系统动力学模型;之后,基于系统动量守恒关系、闭链系统位置与速度几何约束关系,获得了捕获操作完成后空间机器人与被捕获卫星形成的闭链混合体系统动力学方程;最后,为了抑制RSEA装置给系统带来的柔性振动,基于奇异摄动动法,将系统分为快变子和慢变子系统,且针对快变子系统,采用了速度差值反馈控制策略;针对慢变子系统提出了一种基于模糊自适应的滑模控制策略.此外,还通过最小权值范数法分配了机械臂各关节力矩,以保证双臂协调操.利用Lyapunov定理明了系统的全局稳定性;通过不同速度的卫星与双臂空间机器人碰撞过程的数值仿真结果,验证了RSEA装置在捕获操作中对关节的保护效果;通过设置电机开关机阀值对闭链混合体系统的数值仿真结果,验证了所提策略的柔顺控制效果.

摘要： 未来小型航天器为适应天线、散热器、太阳能电池阵以及其他设备的展开,需要简易、可靠、超轻量构造的展开与锁定柔顺机构.尤其是微小卫星发展过程中,要求其质量轻,尺寸小,展开与锁定一体化,研制周期短.现有的释放展开机构中的铰链结构都较为复杂,需另外设置锁定装置,已经无法满足使用要求,迫切需要研制更先进的新颖机构来满足发展要求.本文从国外已有柔性铰链产品进行调研,对柔性铰链技术进行了分析与总结,为我国后续微小卫星的发展提供参考与借鉴，证明带簧铰链结构简单，体积小，可以适用于各类小型航天器的展开机构，同时，由于多次展开重复精度较好，也适用与大型展开机构，应用领域广泛，针对带簧铰链研究，急需开展基于新型材料、新型结构形式的系统设计工作;在动力学仿真方面，应开展对带簧铰链大变形、屈曲的动力学仿真工作，开展带簧铰链的系统性研究，丰富了国内展开机构类型，对航天技术应用具有重要的理论意义和很高的实用价值。

摘要： 机器人研磨系统存在的多种误差及工件毛刺大小和位置在的不可预测性等因素是实现机器人研磨自动化的主要障碍，该文从控制和机构综合设计的角度，探讨了机器人去毛刺的柔顺负栽调节方法，针对控制延迟可能造成的研磨工具过载问题，引入研磨工具负载调节器，通过负载调节器对控制延迟进行机械补偿，针对位置补偿和研磨工艺所需垂向刚度的互斥要求，在机器人与负栽调节机构之间引入柔顺机构，实现位置补偿所需垂向柔性和研磨工艺所需垂向刚度之间的合理折衷。

摘要： 本发明公开了一种平面复合结构空间大行程柔顺铰链及柔顺并联机构，其中，平面复合结构空间大行程柔顺铰链包括有铰链本体、固定在铰链本体上的移动副单元和若干转动副单元，其中，移动副单元通过一对固定梁的一对变形梁构成平行四边形结构，变形梁弯曲变形后能够实现对平面内的弯曲运动的传递，再者，转动副单元设置为矩形结构，且转动副单元的厚度与铰链本体的厚度之比不大于0.5，故转动副单元的扭转柔度高，通过其扭转变形能实现平面外的大范围转动，在转动副单元和移动副单元的配合下，使该柔顺铰链得以进行平面外大行程转动和平面内大行程移动的复合运动。

摘要： 本发明公开了一种基于刚性并联机构和柔顺并联机构的新型宏微结合平台，包括工作台以及设置在工作台上的宏动并联机构，所述宏动并联机构包括宏动并联机构动平台以及用于驱动宏动并联机构动平台在工作台上做平面运动和绕Z轴转动的宏动驱动机构；还包括微动并联机构，所述微动并联机构内嵌在宏动并联机构动平台内部；该微动并联机构包括微动平台、用于驱动微动平台在宏动并联机构动平台内做平面运动和绕Z轴转动的微动驱动机构。本发明的新型宏微结合平台可以有效地减少整个平台的装配误差，减轻负载，并且使得该新型宏微结合平台的整体结构更加紧凑，可实现多自由、大行程、高速高加速和纳米级定位精度。

摘要： 本实用新型公开了一种基于刚性并联机构和柔顺并联机构的新型宏微结合平台，包括工作台以及设置在工作台上的宏动并联机构，所述宏动并联机构包括宏动并联机构动平台以及用于驱动宏动并联机构动平台在工作台上做平面运动和绕Z轴转动的宏动驱动机构；还包括微动并联机构，所述微动并联机构内嵌在宏动并联机构动平台内部；该微动并联机构包括微动平台、用于驱动微动平台在宏动并联机构动平台内做平面运动和绕Z轴转动的微动驱动机构。本实用新型的新型宏微结合平台可以有效地减少整个平台的装配误差，减轻负载，并且使得该新型宏微结合平台的整体结构更加紧凑，可实现多自由、大行程、高速高加速和纳米级定位精度。

摘要： 本发明柔顺机构，包括对应设置的且通过柔性调整柱连接的上板和下板、通过驱动装置连接于所述上板其与所述下板对应端端面的支承板、以及设置于所述支承板其与所述下板对应端端面的且与所述下板相对应且相配合使用的支承体；所述上板其与所述下板对应端端面上设置有与所述下板和所述柔性调整柱均相配合使用的感应装置。本发明柔顺机构及柔顺装配方法，其每次装配均按实际的位置进行，柔性定位并找出实际的装配位置，大幅提高产品装配的成功率，减少对装配机械部件的精度需求。

摘要： 本发明公开了一种用于柔顺机构微动平台的可控楔块预紧机构，包括千分尺、基座、弹簧、竖动楔块、横动楔块、压电陶瓷与平台。在安装和拆卸压电陶瓷时，只需拧动千分尺即可完成，调整维修方便，预紧平稳。由千分尺可以实时准确的控制预紧的程度，避免了预紧的盲目性。竖动楔块斜面高度小于横动楔块斜面高度，从而增大了预紧范围。该用于柔顺机构微动平台的可控楔块预紧机构是独立模块，不影响平台的加工。

摘要： 本发明提供一种基于柔顺机构的微位移放大机构，由基座、运动平台、两个位移导向机构、两组驱动器以及两组预紧垫片组成；基座、运动平台、位移导向机构由一块材料经线切割机加工而成；整个微位移放大机构沿中心对称轴K对称布置；在基座上沿与中心对称轴K呈夹角α方向分别开有方槽，用于安装两组驱动器；任意一个预紧垫片的内、外端面分别与基座和驱动器紧密接触；任意一个驱动器分别与位移导向机构上的柔性铰链的外表面通过点接触紧密连接；任意一位移导向机构分别通过两个柔性铰链与基座相连接；本专利能在指定方向位移输出前提下，可沿任意方向布置驱动器进行输入，提高驱动器布置方式的灵活性；采用对称结构，简化机构的控制和操作。

摘要： 本发明提供一种基于柔顺机构的柔顺控制装置及其柔顺控制方法，柔顺机构的一端设有一体成型的柔性铰链组件，柔顺机构的中部还开设有连通柔性铰链组件的滑槽；还包括应变片、第一力传感器、第一电容传感器组件和第二电容传感器组件；还包括带有内置应变片的压电驱动器；还包括连接各检测元件和压电驱动器的控制器。本发明克服现有柔顺机构装置力控制精度及稳定性不高的不足，本发明通过力与位移的半闭环柔顺控制和全闭环柔顺控制相结合的方式，具备高精度、高带宽与稳定性，能够满足复杂的力与位移控制需求，适用更多精密控制领域。

摘要： 本发明柔顺机构，包括对应设置的且通过柔性调整柱连接的上板和下板、通过驱动装置连接于所述上板其与所述下板对应端端面的支承板、以及设置于所述支承板其与所述下板对应端端面的且与所述下板相对应且相配合使用的支承体；所述上板其与所述下板对应端端面上设置有与所述下板和所述柔性调整柱均相配合使用的感应装置。本发明柔顺机构及柔顺装配方法，其每次装配均按实际的位置进行，柔性定位并找出实际的装配位置，大幅提高产品装配的成功率，减少对装配机械部件的精度需求。

摘要： 本发明公开了一种基于柔顺机构的压电超结构模态阻尼增强导向机构及方法，包括基座、桥式位移放大机构及导向机构，所述桥式位移放大机构内嵌有压电陶瓷驱动器，导向机构的一端与桥式位移放大机构的输出端连接，桥式位移放大机构的输入端及导向机构的另一端分别与基座连接，所述导向机构包括两根对称设置在桥式位移放大机构输出端两侧的导向梁，导向梁的外表面粘贴有压电超结构。本发明不但能根据导向机构的降价合成模态振型精确地增强导向机构的阻尼，而且所设计的结构简单以及制造成本低廉。

摘要： 本实用新型公开了一种基于柔顺机构的压电分流阻尼增强柔性导向机构，包括菱形位移放大机构和阻尼增强导向机构，所述菱形位移放大机构内嵌有多层叠堆压电陶瓷，所述阻尼增强导向机构包括两根相互对称设置的导向梁，所述菱形位移放大机构的一端固定，其另一端分别与两根导向梁的一端相连，两根导向梁的另一端固定，所述导向梁的表面一及表面二分别粘贴至少一片压电陶瓷片，表面一及表面二为相对面。本实用新型减少了自由层阻尼或约束层阻尼所引起的系统非共振区能量的损耗，从而保证了压电驱动柔顺机构的运动敏捷性。