基于运动误差约束的平面定位平台拓扑优化设计

发布时间：2021-01-06 09:48

　　针对传统平面定位平台拓扑优化设计过程中无法预先了解输入输出位移映射矩阵的问题,基于固体各向同性材料惩罚法,采用遗传算法优化得到具有最大运动空间时的平面并联机构雅克比矩阵作为平面定位平台输入输出期望位移映射矩阵,在相同输入条件下,建立以机构实际运动与期望运动间误差最小为目标函数和以机构体积为约束函数的平面定位平台拓扑优化模型并求解。通过3D打印方式得到实验样品,实验与仿真分析表明:采用运动误差约束的平面定位平台拓扑优化设计方法,在一定偏差范围能够得到输入输出位移映射矩阵与给定期望映射矩阵相一致的平面定位平台,表明该方法对平面定位平台设计具备有效性,为其后续研究提供基础。 

【文章来源】：组合机床与自动化加工技术. 2020,(05)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

平面并联机构示意图

由于在最优并联机构参数下映射矩阵中映射于Z轴旋转分量元素过大,会使得优化过程中无法得到满足设计要求的平面定位平台,参照文献[15]中映射矩阵,取Jc中Z轴旋转映射分量的1/100,其余分量不变,作为优化设计过程中期望输入输出映射矩阵J*。根据遗传算法得到的并联机构最优结构参数,设定如图 3所示的平面定位平台优化设计区域,其中,ai(i=1,2,3)为驱动输入点,在3个驱动输入点分别作用大小为300N的力,o为平面定位平台动平台中心点,三角形区域为平面定位平台动平台,取模型优化材料为可打印PLA,其杨氏模量E=3500MPa,泊松比μ=0.27,密度ρ=1250kg/m3。

拓扑优化过程中,目标函数迭代曲线如图 5所示,由图可知,目标函数最终收敛于0.09,其平面定位平台实际映射矩阵与期望映射矩阵间各元素平方和最大误差为1.23%,两者基本一致。图5 目标函数迭代曲线

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：2960355