[發明專利]一種設計柔性并聯機構的方法

在審

• 申請號: 201711407425.4
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN108009380A
• 公開（公告）日: 2018-05-08
• 發明（設計）人: 曾樹
• 申請（專利權）人: 湖南上勢智能科技有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京聿華聯合知識產權代理有限公司 11611
• 代理人: 顏燕紅;張文娟

本發明公開了一種設計柔性并聯機構的方法，所述方法包括：確定柔性并聯機構的柔性臂配置；基于梁的方法定義所述柔性并聯機構中每個柔性臂的詳細結構，為所述柔性臂進行基于C?T梁的建模；針對所述柔性臂的建模結果進行基于梁的結構優化，獲取所述柔性并聯機構的設計方案。相較于現有技術，本發明的方法過程簡單、易于實現，最終的設計結果具有很好的動態響應去耦運動以及高離軸剛度性能。

技術領域

本發明涉及工業設計開發領域，具體涉及一種設計柔性并聯機構的方法。

背景技術

由于具有彈性變形的特點，柔性機構具有很多優良性能，比如說沒有齒隙，沒有干摩擦，沒有磨損和撕裂等。其能夠進行可重復運動而成為創造定位系統的普遍選擇。符合標準的柔性機構可以進行從納米至厘米范圍的精確運動，普遍應用于各種場合，如微型夾具、執行器、機械手和校正裝置等。

由于閉環結構具有諸多優點，比如對外部機械擾動的不敏感性和高非致動剛度，高精度機械手多采用柔性并行機制。但是，由于柔性并行機制的柔性機構運動受力相對復雜，在設計柔性并聯機構(CPM)的過程中不但需要進行大量的模擬設計計算、試驗生產以及實物調試，這不但提高了柔性并聯機構的設計成本，而且最終的設計結果也不能很好的達到理想性能要求。

發明內容

本發明提供了一種設計柔性并聯機構的方法，所述方法包括：

確定柔性并聯機構的柔性臂配置；

基于梁的方法定義所述柔性并聯機構中每個柔性臂的詳細結構，為所述柔性臂進行基于C-T梁的建模；

針對所述柔性臂的建模結果進行基于梁的結構優化，獲取所述柔性并聯機構的設計方案。

在一實施例中，基于梁的方法定義所述柔性并聯機構中每個柔性臂的詳細結構，為所述柔性臂進行基于C-T梁的建模，包括：

每個所述柔性臂建模為立方體，其一端是固定的，另一端連接到端部執行器；

由在平面上映射C-T梁的方式構成所述柔性臂的模型；

利用貝賽爾曲線以及兩端方向的線性變化掃描一個薄的矩形橫截面積產生扭轉角來創建C-T梁。

在一實施例中，利用貝賽爾曲線以及兩端方向的線性變化掃描一個薄的矩形橫截面積產生扭轉角來創建C-T梁，其中，在合成過程中，C-T梁的幾何形狀發生變化，以滿足端部執行器所需的自由度。

在一實施例中，針對所述柔性臂的建模結果進行基于梁的結構優化，其中，把多個梁元素網格化，采用有限元法解決合成過程中的優化問題。

在一實施例中，針對所述柔性臂的建模結果進行基于梁的結構優化，包括：

定義所述柔性并聯機構的幾何設計變量；

進行剛度優化以確定C-T梁的優化幾何形狀以及所述柔性并聯機構的離軸剛度；

進行動態優化以確定末端執行器以及C-T梁的尺寸。

在一實施例中，定義所述柔性并聯機構的幾何設計變量，其中，根據需要實現快速動態響應的要求定義所述柔性并聯機構的幾何設計變量。

在一實施例中，進行剛度優化以確定C-T梁的優化幾何形狀以及所述柔性并聯機構的離軸剛度，其中，根據外部負載的工作情況來制定剛度優化過程的適應度函數。

在一實施例中，進行動態優化以確定末端執行器以及C-T梁的尺寸，包括，設計附加質量分布，使所述柔性并聯機構的第一共振模式達到目標頻率。

在一實施例中，所述柔性并聯機構的動態特性可以用以下公式表示：