基于混合约束的并联柔顺机构构型方法研究

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1、基于混合约束的并联柔顺机构构型方法研究ResearchonConfigurationMethodforParallelCompliantMechanismViaMixedConstraints徐剑大连交通大学DALIANJIAOTONGUNIVERSITY大连交通大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研賊果。尽我所知，除了文中特别加_注和致谢及参考文献的地方外，论文巾不包含他人或集体已经絲或撰写过的研究成果，也不包含減得賴他前机觀学位或证书面使用过的機。城-町作_志对本研錄賴任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本人完

2、全意识到本声明的法律效力，申请学位论文与资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任。m^xuu：j%jX曰期：年（月作曰大连交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解大连交通大学有关保护知识产杈及保S、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作约识产权单位属大连交通大学，本人保证毕业离校后，发表或使用决文工作成杲时署名单位仍然为大连交通大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件及其电子文档，允许论文被量阅和借阅。本人授权大连交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入学校有关数据库和收录到《中囯博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位

3、论文全文数据库》进行信息服务，也可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存或汇编本学位论文D(保密的学位论文在解密后应遵守此规定）学位论文作者签名：导师签名：/曰期：尸(T年〈月/fs日期：•年（月冷曰分类号：TH112.5学校代号：10150UDC：密级：学号：硕士学位论文基于混合约束的并联柔顺机构构型方法研究ResearchonConfigurationMethodforParallelCompliantMechanismViaMixedConstraints学生姓名：导师及职称：学科门类：工学专业名称：机械工程研究方向：柔顺机构学申请学位级别：硕士论文答辩日期：学位授予单

4、位：大连交通大学摘要摘要近年来，随着科学技术的快速发展，柔顺机构已经在微机电系统、机器人、航空航天等领域具有潜在的应用。目前，随着柔顺机构工作环境的复杂化以及工作要求的提高，仅考虑单一物理场、追求单项性能指标最优，很难实现机构的设计要求，因此迫切需要有效的设计方法来解决以上问题。本文提出了一种综合考虑几何约束、物理约束和性能约束的多自由度并联柔顺机构混合约束综合方法，并从以下几个方面展开研究：基于并联柔顺机构的自由度和约束空间拓扑法，构建了并联柔顺机构的自由度空间、约束空间和子约束空间。推导出并联柔顺机构柔顺单元的刚度矩阵，进而得出了并联柔顺机构的整体刚度矩阵。研究了并联柔

5、顺机构的力和力矩的各向同性度和灵敏度性能指标。考虑柔顺机构因受温度场的影响而产生热变形，建立了并联柔顺机构热平衡方程，求解出力等效结点热载荷和力矩等效结点热载荷。以等效结点热载荷为约束条件，分别以灵敏度和各向同性度为目标函数，建立圆柱形柔顺单元、正方形柔顺单元和片形柔顺单元的优化模型，并通过该优化模型开发出可视化的多自由度并联柔顺机构设计软件。利用可视化的并联柔顺机构设计软件，以力灵敏度和力矩灵敏度为目标函数对并联柔顺机构参数进行了多目标优化，应用优化后的参数对并联柔顺机构样机进行有限元仿真，通过模态分析得出前三阶固有频率和主要振型。研制出的三自由度并联柔顺机构样机，通过静

6、态实验研究分析了并联柔顺机构样机，得出了输出位移的线性度，并显示出良好的线性特性。采用锤击法对并联柔顺机构进行模态实验分析，得出了并联柔顺机构在X轴、Y轴和Z轴方向上的幅频和相频特性。关键词：并联柔顺机构；性能指标；综合；优化I大连交通大学工学硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentofscienceandtechnology，compliantmechanismshavepotentialapplicationsinthefieldsofmicro-electromechanicalsystems,robot，aeronauticsand

7、astronautics.Atpresent,withthecomplicatedworkenvironmentandthehighworkrequirement,thesinglephysicalfieldisonlyconsidered,andtheoptimumofsingleperformanceindexispursued.Itisdifficulttoachievethedesignrequirementofmechanisms.Therefore,theeffectivedesignmethodisn