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题名一种并联机构尺寸与拓扑同步轻量化设计方法
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作者
罗磊
王猛
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机构
甘肃钢铁职业技术学院机电工程系
西北机电工程研究所
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出处
《机电工程》
北大核心
2025年第8期1563-1572,共10页
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基金
甘肃省高校教师创新基金资助项目(2023B-498)。
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文摘
因可重构性好和动态性能优良,并联机构(PKM)在多个领域得到了广泛应用,但其现有设计方法多关注尺寸参数,忽视了结构拓扑的影响。为解决上述问题,提出了一种并联机构尺寸与拓扑同步轻量化设计方法。首先,以质量最小和刚度最小为目标函数和约束条件,通过参数化设计获得了并联机构所有尺寸参数;然后,通过灵敏度分析确定了关键尺寸参数,在有限元分析(FEA)和响应面法(RSM)的基础上,建立了设计变量与各方向刚度之间的改进刚度-质量元模型;最后,将这些映射关系嵌入并联机构刚度和质量模型中,利用粒子群优化算法(PSO)完成了尺寸参数和结构拓扑的同步设计工作;以平面5R并联机构为例开展了验证与对比分析,完成了平面5R并联机构的轻量化设计工作。研究结果表明:在相同刚度约束下,相比参数化设计方法,采用尺寸与拓扑同步轻量化设计方法获得的质量降低了8.84%,从330.4 kg减少到301.2 kg,证明了该方法的有效性和优越性。该方法可为其他并联机构或类似机器人的轻量化设计提供重要参考。
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关键词
机构学
平面5R并联机构
改进刚度-质量元模型
灵敏度分析
分层轻量化设计
尺寸参数
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Keywords
mechanism
planar 5R parallel kinematic machine(PKM)
improved stiffness-mass metamodels
sensitivity analysis
hierarchical lightweight design
dimensional parameter
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分类号
TH112
[机械工程—机械设计及理论]
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