平面折展机构关键技术研究

发布时间：2019-09-24 12:48

【摘要】：平面折展机构(Lamina Emergent Mechanisms)是一种由平面薄板材料加工成型且能实现三维运动的新型柔顺机构。与其它柔顺机构相比,该类机构具有制造工艺简单、经济,所需储存、装配空间小等特点;另外,平面折展机构亦能凭借简单的拓扑结构实现高精度的机械运动,故其具有极为广阔的应用背景。然而,对于平面折展机构的探索还处于前期阶段,该类机构组成单元的种类仍十分有限,设计分析方法亦不够完善,严重限制了平面折展机构的发展、推广。因此,本文对该类机构包括分析方法、柔性铰链等在内的多个方面展开了研究。首先,根据伪刚体模型的设计原理介绍了一种用于分析固定-导向柔顺杆件的6R伪刚体模型;构建了该模型的运动学方程,并根据逆运动学分析方法求解了模型的4个最优特征半径系数和3个扭簧刚度系数;通过数值算例证明了固定-导向6R伪刚体模型在分析计算中的正确性和准确性。其次,针对内置式LET(Lamina Emergent Torsional)柔性铰链轴向刚度低的问题。基于反演原则提出了一种内置式抗拉压平面折展柔性铰链,推导了该铰链转动等效刚度和抗拉压等效刚度的理论模型;利用转动轴心漂移量对内置式抗拉压平面折展柔性铰链的转动精度进行了分析;并将其与外形尺寸一致的内置式LET柔性铰链进行了比较,证明了内置式抗拉压平面折展柔性铰链的优越性。然后,为提高平面折展机构的灵活性,设计了两种多自由度平面折展柔性铰链。基于弹簧模型推导了两种柔性铰链的等效刚度计算模型,并依据仿真分析结果与理论计算数值的比较,证明了等效刚度计算模型的正确性;探讨了各结构参数对等效刚度的影响灵敏度;构建了以提高铰链运动性能和运动精度为目标的优化模型,利用基于罚函数的粒子群优化算法对各结构参数进行了优化,进一步提升了柔性铰链的性能。最后,对夹持机构进行了研究,提出了一种多自由度开口型空间夹持机构。分析了该夹持机构基于柔性变形的位移放大倍率模型,并验证了所推导模型的正确性;揭示了夹持机构夹持姿态的变化规律;根据夹持机构的前端结构,给出了其可达工作空间。证明了该空间夹持机构的可行性。
【图文】：

图 1-2 广义交叉簧片柔性铰链 图 1-3 柔性镜座麻省理工学院的Hopkins 等详细介绍了利用自由度与约束拓扑综合方法得到期 6 个具体步骤，即①决定平台的几何结构；②指定所期望的动作；③选择最合度与约束空间类型；④选择所期望的子约束空间；⑤选择无冗余约束；⑥选择，并以此设计了多个具有特定功能的柔顺机构[10]。

图 1-2 广义交叉簧片柔性铰链 图 1-3 柔性镜座麻省理工学院的Hopkins 等详细介绍了利用自由度与约束拓扑综合方法得到期 6 个具体步骤，，即①决定平台的几何结构；②指定所期望的动作；③选择最合度与约束空间类型；④选择所期望的子约束空间；⑤选择无冗余约束；⑥选择，并以此设计了多个具有特定功能的柔顺机构[10]。
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH112

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本文编号：2540876