軌跡輸出平面柔順機(jī)構(gòu)的輪廓提取與形狀優(yōu)化方法研究.pdf

1、柔順機(jī)構(gòu)是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外在機(jī)構(gòu)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。由于它具有的無(wú)運(yùn)動(dòng)間隙、無(wú)磨損、無(wú)需裝配等許多剛性機(jī)械不具備的特性，在航空航天、微機(jī)電系統(tǒng)、生物醫(yī)學(xué)等眾多高科技領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。柔順機(jī)構(gòu)是一種依靠自身的部分或全部具有柔性的構(gòu)件變形來(lái)輸出運(yùn)動(dòng)或力的機(jī)構(gòu)，它的設(shè)計(jì)理念及方法與傳統(tǒng)的剛性機(jī)械設(shè)計(jì)方法有很大的不同，至今未形成系統(tǒng)完整的設(shè)計(jì)方法，本文針對(duì)這一問(wèn)題，在國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目的支持下，提出了軌跡輸出平面柔順機(jī)構(gòu)的一

2、整套設(shè)計(jì)方法。 本文在連續(xù)體結(jié)構(gòu)力學(xué)中的拓?fù)鋬?yōu)化方法基礎(chǔ)上，研究平面柔順機(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果的輪廓提取和形狀優(yōu)化方法，以形成柔順機(jī)構(gòu)從設(shè)計(jì)要求的提出到可加工形狀的生成的一套完整設(shè)計(jì)方法。主要工作包括：（1）分析了柔順機(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化和形狀優(yōu)化的研究現(xiàn)狀，分析了目前柔順機(jī)構(gòu)的研究重點(diǎn)、主要成果和尚未解決的問(wèn)題；（2）分析了基于SIMP的柔順機(jī)構(gòu)概念設(shè)計(jì)方法及其相關(guān)工具和模型；（3）針對(duì)柔順機(jī)構(gòu)輪廓提取的特殊要求，提出了密度等值線法的改進(jìn)方

3、案，對(duì)密度函數(shù)插值點(diǎn)密度值進(jìn)行優(yōu)化，提出優(yōu)化模型和選擇優(yōu)化算法；（4）根據(jù)軌跡輸出平面全柔順機(jī)構(gòu)自身的形狀特點(diǎn)，提出了軌跡輸出平面全柔順機(jī)構(gòu)的抽象方法，即應(yīng)用拓?fù)鋵W(xué)上的連通性原理將柔順機(jī)構(gòu)抽象成桿件和結(jié)點(diǎn)形式，并對(duì)相應(yīng)的數(shù)學(xué)原理進(jìn)行了證明；（5）提出了平面全柔順機(jī)構(gòu)的形狀還原和尺寸優(yōu)化方法，對(duì)抽象的柔順機(jī)構(gòu)進(jìn)行還原，將其輪廓還原成簡(jiǎn)單曲線的連接，從而建立尺寸優(yōu)化模型，對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)，在得到可加工的機(jī)構(gòu)輪廓的同時(shí)又能對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行