近日，機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院機(jī)器人團(tuán)隊(duì)盧清華教授等撰寫(xiě)的論文《基于柔順鉸鏈拓?fù)鋬?yōu)化的橋式位移放大機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、分析與實(shí)驗(yàn)測(cè)試》入選《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》發(fā)布的2022年第11期最受關(guān)注論文推薦。

  盧清華等人表明柔順橋式位移放大機(jī)構(gòu)被廣泛用作精密定位與微納操作裝備的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其設(shè)計(jì)與建模問(wèn)題是精密工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)研究并未解決配置何種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的柔順鉸鏈能設(shè)計(jì)出具有最優(yōu)輸出特性的橋式位移放大機(jī)構(gòu)的問(wèn)題，而現(xiàn)有的柔順鉸鏈拓?fù)鋬?yōu)化研究一般不考慮實(shí)際柔順機(jī)構(gòu)的內(nèi)力分布特性，影響了拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果在實(shí)際柔順機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用效果。對(duì)基于柔順鉸鏈拓?fù)鋬?yōu)化的橋式位移放大機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)、分析與實(shí)驗(yàn)測(cè)試。首先，在柔順鉸鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)未知的條件下，分析橋式位移放大機(jī)構(gòu)的內(nèi)力分布特性。結(jié)合內(nèi)力分布特性與變密度法，以最大化柔度為目標(biāo)函數(shù)，對(duì)柔順鉸鏈進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，從優(yōu)化柔順鉸鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)層面提升機(jī)構(gòu)輸出特性。在不同體積約束條件下，橋式位移放大機(jī)構(gòu)柔順鉸鏈的拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果均呈V字型結(jié)構(gòu)。然后，運(yùn)用矩陣位移法、卡氏第二定理與并聯(lián)機(jī)構(gòu)柔度矩陣的關(guān)系，對(duì)V字型柔順鉸鏈進(jìn)行靜力學(xué)建模。結(jié)合V字型柔順鉸鏈柔度矩陣、橋式位移放大機(jī)構(gòu)內(nèi)力分布特性與串聯(lián)機(jī)構(gòu)柔度矩陣的關(guān)系，推導(dǎo)出基于柔順鉸鏈拓?fù)鋬?yōu)化的橋式位移放大機(jī)構(gòu)輸出位移與輸入力之間的解析關(guān)系，并對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提升機(jī)構(gòu)輸出特性。有限元仿真與實(shí)驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證了橋式位移放大機(jī)構(gòu)柔順鉸鏈的拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果、V字型柔順鉸鏈靜力學(xué)建模與機(jī)構(gòu)尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)的有效性。