[发明专利]一种设计柔性并联机构的方法

权利要求书

1.一种设计柔性并联机构的方法，其特征在于，所述方法包括：

确定柔性并联机构的柔性臂配置；

基于梁的方法定义所述柔性并联机构中每个柔性臂的详细结构，为所述柔性臂进行基于C-T梁的建模；

针对所述柔性臂的建模结果进行基于梁的结构优化，获取所述柔性并联机构的设计方案。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于梁的方法定义所述柔性并联机构中每个柔性臂的详细结构，为所述柔性臂进行基于C-T梁的建模，包括：

每个所述柔性臂建模为立方体，其一端是固定的，另一端连接到端部执行器；

由在平面上映射C-T梁的方式构成所述柔性臂的模型；

利用贝赛尔曲线以及两端方向的线性变化扫描一个薄的矩形横截面积产生扭转角来创建C-T梁。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，利用贝赛尔曲线以及两端方向的线性变化扫描一个薄的矩形横截面积产生扭转角来创建C-T梁，其中，在合成过程中，C-T梁的几何形状发生变化，以满足端部执行器所需的自由度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对所述柔性臂的建模结果进行基于梁的结构优化，其中，把多个梁元素网格化，采用有限元法解决合成过程中的优化问题。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，针对所述柔性臂的建模结果进行基于梁的结构优化，包括：

定义所述柔性并联机构的几何设计变量；

进行刚度优化以确定C-T梁的优化几何形状以及所述柔性并联机构的离轴刚度；

进行动态优化以确定末端执行器以及C-T梁的尺寸。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，定义所述柔性并联机构的几何设计变量，其中，根据需要实现快速动态响应的要求定义所述柔性并联机构的几何设计变量。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进行刚度优化以确定C-T梁的优化几何形状以及所述柔性并联机构的离轴刚度，其中，根据外部负载的工作情况来制定刚度优化过程的适应度函数。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进行动态优化以确定末端执行器以及C-T梁的尺寸，包括，设计附加质量分布，使所述柔性并联机构的第一共振模式达到目标频率。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述柔性并联机构的动态特性可以用以下公式表示：

|-w2·M8+K8|＝0，

其中：w＝2πF；

K8和M8分别表示所述柔性并联机构经过有限元法得到的刚度和质量矩阵；

w与F分别表示所述柔性并联机构的带宽与固有频率。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，动态优化的适应度函数由如下两个方程式表示：

min i m i z e ( | F 1 - F d | , min i m i z e ( f ) ]]>

其中：第一个方程是将所述柔性并联机构的第一共振模式(F1)提高到所需频率(Fd)；

第二个方程式是通过使f的值最小化来使所述柔性并联机构的刚度特性尽可能高。