机械设计与研究

机械设计与研究 ›› 2012, Vol. 28 ›› Issue (02): 31-36+51.doi: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a2835

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二维微执行器几何非线性拓扑优化设计与试验

李兆坤;张宪民;史利娟;郭勇;   

  1. 北京工业职业技术学院机电工程系;华南理工大学机械与汽车工程学院;
  • 发布日期:2020-07-26

  • Published:2020-07-26

摘要： 多自由度柔顺机构在微动精密定位和精密操作等领域有广泛的应用,并且柔顺机构拓扑优化后所得机构都是锯齿状跳跃边界的几何图像,不能直接应用于工程实际,因而对多自由度柔顺机构拓扑优化、提取与试验研究就显得十分必要。基于此,以二维微执行器为例,进行多自由度柔顺机构几何非线性拓扑优化、拓扑图提取与试验研究。首先,给出了考虑耦合抑制输出的多输入多输出柔顺机构几何非线性拓扑优化数学模型及优化算法。其次,针对柔顺机构性能特点,给出了一种拓扑提取方法。提取过程包括灰度图像二值化、密度等值线方法边界近似和曲线重构三个部分。最后,以二维微执行器为基础,采用线切割加工工艺,研制了二维微执行器原型,并对其位移性能进行了试验测试,结果表明,该二维微执行器试验结果与理论分析结果基本吻合,达到了设计要求,同时也验证了所提方法的有效性。

关键词: 柔顺机构, 拓扑优化, 拓扑提取, 多输入多输出, 几何非线性

Key words: compliant mechanism, topology optimization, topology extraction, multiple inputs and outputs, geometrical nonlinearity