摘要：采用同构映射和微分运动学原理并基于显式运动副的传统3-PRR型并联机构,推导其微运动Jacobian矩阵.基于水平集方法,定义柔度最小化为优化目标函数,以微运动Jacobian矩阵为输入、输出映射的运动约束,以优化前后的材料体积分数为优化约束,构建3-PRR全柔顺并联机构的优化模型,运用OptiStruct优化求解器,求解出3-PRR全柔顺并联机构的最佳构型和设计灵敏度.研究表明：所设计的3-PRR全柔顺并联机构与传统3-PRR型并联机构具有一致的微运动特性,优化结果的柔度值达到最小化的同时,能有效地消除应力集中现象.该理论分析和仿真优化对平面乃至空间弹性微变形机构,甚至是智能蠕动机构的最佳构型设计具有切实可行的意义.

摘要：目的运用拓扑优化技术设计一种平面2-DOF(Degrees-of-Freedom)柔顺并联机构,使其具有微米级别的微运动特性。方法依据平面2-DOF并联原型机构的受力情况进行运动特性分析,基于同构封闭矢量映射原理构建平面2-DOF柔顺并联机构的微分运动Jacobian矩阵,表达多自由度的柔顺并联机构从输入到输出间各关节的运动关系。定义柔度为优化目标函数,微分运动Jacobian矩阵为运动条件,材料体积分数为约束条件,构建平面2-DOF柔顺并联机构材料属性的有理近似模型,并运用移动渐进线法优化求解。结果优化后的平面2-DOF柔顺并联机构构型在x方向的位移为-0.0089mm,在y方向的位移为0.0053 mm,同时,其沿x方向和y方向的微位移理论值为-0.0031 mm和0.0067 mm。结论与并联原型机构的运动特性相比,平面2-DOF柔顺并联机构优化后的微运动特性具有一致性,均为微米级。

摘要：采用微运动学原理和同构特性计算传统的3-PRR并联机构的微分Jacobian矩阵,以微分Jacobian矩阵为运动约束,以优化前后材料体积比为约束条件,以柔度最小化为优化目标构建3-PRR型全柔顺并联机构的SIMP优化模型,运用Opti Struct求解器求得3-PRR型全柔顺并联机构的最佳构型,并对最终的构型进行加工制造和实验测试。理论和实验研究表明:基于同构性构造的3-PRR并联机构与基于拓扑优化设计的3-PRR型全柔顺并联机构对比,微运动特性具有一致性且均处于同一微分数量级。拓扑优化理论在工程结构优化问题中的应用具有一定的参考价值。