基于应变能匹配的伪刚体模型参数优化

发布时间：2022-02-16 21:20

　　在柔顺机构中,机构的运动、力以及能量的传递与转换,主要靠机构中柔性构件的变形来实现。与靠传统运动副来实现的刚性机构相比,柔顺机构在提高性能和降低成本两方面具有很大的优势。但柔性构件的大变形带来的几何非线性问题不仅使柔顺机构的分析和设计变得复杂,也影响了柔顺机构的广泛应用,因此对柔顺机构的研究是很有必要的。伪刚体模型的目的就是提供一种能够分析非线性大变形系统的简单方法,将刚性机构的理论方法用于分析柔顺机构。目前伪刚体模型参数的选取一般采用参数近似法,误差比较大。为此本文提出一种基于应变能匹配的伪刚体模型参数优化设计方法,主要完成的工作如下:（1）在现有2R伪刚体模型的基础上提出固定导向梁的2R-1P伪刚体模型,分析模型的几何关系和力学关系,列出其力学平衡方程,通过基于应变能匹配的优化算法对其模型参数即特征半径系数和扭簧常数进行优化。利用优化后的模型分析折展式内、外铰链,将其简化为固定导向梁的2R-1P伪刚体模型,计算力位移关系,并在ANSYS软件中对折展式内、外铰链进行建模,分析两者误差,证明了基于应变能匹配优化后模型的准确性,进一步尝试将此方法应用于其它伪刚体模型的参数优化。（2）分析... 

【文章来源】：西安电子科技大学陕西省211工程院校教育部直属院校

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

在闭合、张开和绷紧状态下的长弓[1]

及微进给精密运动工作台、精密姿态调整、微执行器、多自由度的微操作及微装配机器人等得到具体应用。图 1.2 所示为微纳米操作平台和弹出式微型机器蜜蜂。图1.2 微型机器（2）机器人柔顺机构在如图 1.3 所示的仿生机器人和医疗机器人的领域也有广泛应用，正如生物界动物的肌肉具有柔性，昆虫的胸腔也是由柔性骨骼与肌肉组成，因此柔性设计是仿生及其实际应用的必然结果[14]。另外，对微小型生物而言，尺度效应的影响起着支配作用，因此柔性在微小型仿生机械的研究及研制过程中也是必不可少的，比如机器鱼、仿生爬虫、仿生壁虎、微小型飞行器等。各种柔性关节及驱动器的出现，对于改善仿生机械及仿生机器人的灵活性与机动性起了很大作用，例如多足机器人、蛇形臂等。同时柔顺机构在医疗器械中也有着广泛应用，随着心血管病的患者的增多，支架植入技术得到了广泛应用

[15]。图1.3 仿生机器人（3）柔性智能结构近年来柔性智能结构也越来越受到重视，目的是为了获得类似人的各种功能的“活”的材料，它是将一些驱动元件、传感元件还有控制系统融合在基体材料中，通过感知内部的状态和外部环境的变化，加上自身机制对信息的识别和判断，合理作出

【参考文献】：
期刊论文
[1]含拐点的柔顺机构动力学建模及分析[J]. 余跃庆,张娜.  北京工业大学学报. 2018(04)
[2]模拟固定-导向柔顺梁的PRR伪刚体模型的动力学分析[J]. 冯超,薄瑞峰,信桂锁,李瑞琴.  机械设计与研究. 2017(03)
[3]抗压内LET柔性铰链的建模及分析[J]. 刘凯,曹毅,周睿,丁锐,葛姝翌.  工程设计学报. 2016(06)
[4]具有单拐点大变形梁的柔顺机构伪刚体模型[J]. 余跃庆,朱舜昆.  北京工业大学学报. 2015(11)
[5]柔性机构及其应用研究进展[J]. 于靖军,郝广波,陈贵敏,毕树生.  机械工程学报. 2015(13)
[6]固定-导向模式下柔顺杆的3R伪刚体动力学建模及特性分析[J]. 李茜.  山西冶金. 2014(03)
[7]LET柔性铰链的等效刚度分析及其参数优化[J]. 邱丽芳,韦志鸿,俞必强,王林浩.  工程力学. 2014(01)
[8]复合载荷作用下柔顺机构的PR伪刚体新模型[J]. 余跃庆,徐齐平,周鹏.  机械工程学报. 2013(15)
[9]基于3R伪刚体模型的柔顺杆动力学建模及分析[J]. 田亚平,康军凤.  机械传动. 2013(05)
[10]柔顺机构PR伪刚体模型[J]. 余跃庆,周鹏.  北京工业大学学报. 2013(05)

博士论文
[1]柔顺机构中几何非线性变形问题的精确建模方法研究[D]. 马付雷.西安电子科技大学 2016
[2]柔顺机构动力学分析与综合[D]. 王雯静.北京工业大学 2009

硕士论文
[1]带轴向变形的柔顺机构多自由度伪刚体模型研究[D]. 路建鹏.中北大学 2016
[2]柔性构件大变形分析及其在柔顺机构建模中的应用[D]. 杜云磊.西安电子科技大学 2012
[3]柔顺机构的2R伪刚体模型研究[D]. 冯忠磊.北京工业大学 2010



本文编号：3628680