3-UPU柔顺并联机构构型拓扑优化设计与实验测试
【摘要】 目的为了设计出具有x，y和z方向纯平动的微纳级精密定位装置。方法首先，运用旋量与逆螺旋理验证所设计的传统3-UPU并联机构运动特性;采用封闭矢量映射原理构建3-UPU并联机构的微分Jacobian，实现各关节与动平台的空间映射关系。然后，定义优化问题的目标函数为结构刚度，约束函数为体积比，运动特性条件为微分Jacobian构造3-UPU柔顺并联机构的SIMP模型，并运用优化算法计算。最后，基于Ossmooth对优化构型进行CAD模型的提取，完成运动特性的力学仿真分析，此外，通过3D打印制造处理后的CAD模型，并完成运动特性的实验测试。结果仿真可得，优化后的构型柔度值从58.324mm/N下降到25.993mm/N;一阶固有频率从964.64Hz提高到1362.26Hz;沿x，y和z方向的微运动特性分别达到2.488，6.512，9.185μm;3-UPU柔顺并联机构优化构型的微运动特性与理论解处于同一微米级，并运用实验测试进行了验证。结论拓扑优化设计的构型具有微米级运动特性和
