[发明专利]一种设计柔性并联机构的方法

说明书

本发明公开了一种设计柔性并联机构的方法，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。相较于现有技术，本发明的方法过程简单、易于实现，最终的设计结果具有很好的动态响应去耦运动以及高离轴刚度性能。

技术领域

本发明涉及工业设计开发领域，具体涉及一种设计柔性并联机构的方法。

背景技术

由于具有弹性变形的特点，柔性机构具有很多优良性能，比如说没有齿隙，没有干摩擦，没有磨损和撕裂等。其能够进行可重复运动而成为创造定位系统的普遍选择。符合标准的柔性机构可以进行从纳米至厘米范围的精确运动，普遍应用于各种场合，如微型夹具、执行器、机械手和校正装置等。

由于闭环结构具有诸多优点，比如对外部机械扰动的不敏感性和高非致动刚度，高精度机械手多采用柔性并行机制。但是，由于柔性并行机制的柔性机构运动受力相对复杂，在设计柔性并联机构(CPM)的过程中不但需要进行大量的模拟设计计算、试验生产以及实物调试，这不但提高了柔性并联机构的设计成本，而且最终的设计结果也不能很好的达到理想性能要求。

发明内容

本发明提供了一种设计柔性并联机构的方法，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。

在一实施例中，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。

在一实施例中，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。

在一实施例中，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。

在一实施例中，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。

在一实施例中，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。

在一实施例中，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。

在一实施例中，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。

在一实施例中，所述柔性并联机构的动态特性可以用以下公式表示：