第9期 2017年9月
组合机床与自动化加工技术
Modular MachineTool &Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2017)09003104
D0I : 10. 13462/j. cnki. mmtamt. 2017. 09. 009
空间3-RPC柔顺并联机构拓扑优化设计*
杜海堂，张荣兴
（江西理工大学机电工程学院，江西赣州341000）
No.9 Sep.2017
摘要：为了获得空间柔顺并联机构构型，基于传统并联机构的设计原型，采用拓扑优化理论对空间并联机构进行拓扑优化设计。首先，以空间3-RPC并联机构为研究对象，建立机构的微运动学失量连续映射Jacobian矩阵。然后，建立空间3-RPC柔顺并联机构的拓扑优化SIMP模型，运用优化准则算法（OptimizationCriterion）对所建立的SIMP模型求解。最后，运用曲线拟合方法对拓扑后的构型轮廊进行拟合修正，采用SolidWorks软件建立其拟合修正后的模型，进而通过HyperWorks有限元软件对机构进行静力学分析。仿真结果表明：与同构型的传统并联机构相比，拓扑优化后的空间柔顺并
联机构具有相同的微动特性，固而验证了空间并联机构的拓扑优化设计方法的有效性。关键词：3-RPC柔顺并联机构；微运动失量映射；拓扑优化设计；静力学仿真
中图分类号：TH112；TG659
文献标识码：A
OptimizationDesignfortheSpatial3-RPCCompliantParallelMechanisn
DU Hai-tang,ZHANG Rong-xing
(School of Mechanical and Electrical Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou Jiangxi341000，China）
Abstract : In order to get the spatial compliant parallel mechanism, based on the design prototype of parallel mechanism topology optimization design was carried out by using topology optimization theory. Firstly, based on the spatial 3-RPC parallel mechanism, the differential continuous vector mapping relationship be-tween the compliant parallel mechanism and the traditional parallel mechanism was established. Secondly, the topology optimization SIMP model of spatial 3-RPC compliant parallel mechanism was established, and the model was solved by using the optimization criterion algorithm. Finally, based on the curve fitting meth-od, the whole configuration profile was fitted and by using SolidWorks software the 3D model was estab-lished, and then the static simulation analysis and comparison were presented based on finite element soft-ware. The simulation results show that the spatial compliant parallel mechanism after topology optimization and the traditional parallel mechanism have the same movement characteristics, which qualitatively verified the effectiveness of the topology optimization method for the spatial parallel mechanism.
Key words: 3-RPC compliant parallel mechanism; micro-motion vector mapping; topology optimization de-sign; static simulation
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引言
精密制造是衡量一个国家制造水平高低的重要标
志，目前.精密制造行业已经在航空航天、汽车、微机电系统、医疗等领域得到了广泛应用。随着科技的发展，空间柔顺并联机构的设计也在不断地发展，对其要求也在不断的提高。同时，面临的挑战和机遇也越来越多。从当前国内外发展情况来看，现阶段对自由度并联机构的拓扑优化研究相对而言比较少，而对二维结构的拓扑优化研究相对比较成熟，三维结构主要集
收稿日期：2016-11-24修回日期：2016-12-14
中在构件结构的研究上面，仍处于发展阶段[2]。饶柳生等3以车床筋板为载体，使用多目标优化加权的设计理念对其进行设计，提高了机床的动态和静态性能但没有研究车床筋板在多阶固有频率下的特性。陈建超等4以载荷路径的遗传算法为基础，为了达到机翼轻量化设计的目标，分别从单一材料和复合材料的角度出发，对机翼前缘进行优化，但是多材料组合形式机翼的运动学和动力学建模非常复杂。刘林华等5以越野车车架为载体，采用多目标方法对越野车车架进行研究，但是平均频率法建模只能近似地反映车架的运
*基金项目：国家自然科学基金资助项目（51165009，51105077）；中国博士后科学基金资助项目（2013M541874）
作者简分势数据989—），男，江西赣州人，江西理工大学硕士研究生，研究方向为并联机构构型综合及其智能控制，（E－mail)1477802269@
qq.com。